一种主被动混合驱动智能假肢膝关节的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种主被动混合驱动智能假肢膝关节的控制方法，涉及康复机器人领域，该方法包括模式识别模块和控制模块；模式识别模块用于识别佩戴者步态相位和前方地形信息，为控制模块提供决策数据，其特征在于，所述模式识别模块包括步态检测和地形检测；控制模块根据模式识别模块的决策数据选择对应的控制模式并反馈当前的传感状态，控制模式包括被动模式和主动模式。本发明专利技术通过步态检测和地形检测算法识别佩戴者的步态相位和前方的地形，区分不同地形并准确切换主被动模式，提高假肢的控制效率并降低能耗。制效率并降低能耗。制效率并降低能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种主被动混合驱动智能假肢膝关节的控制方法


[0001]本专利技术属于人体康复辅具控制领域，涉及一种假肢膝关节，特别涉及一种具有能量回收功能的主被动混合驱动智能假肢膝关节。

技术介绍

[0002]随着下肢截肢患者的增多以及微电子、控制等技术的不断发展，智能下肢假肢逐渐成为康复机器人领域的研究热点。作为下肢假肢系统的核心部件，高性能的膝关节假肢设计仍然是当前假肢设计中的技术难点之一。现有的智能假肢膝关节按照关节驱动方式可分为被动型和主动型。被动型假肢膝关节可以通过微处理器技术根据佩戴者的步速快慢实时调节膝关节阻尼力矩实现步速自适应，但是不提供主动力矩，因此无法自然的完成上楼梯等活动。主动型假肢膝关节能够通过大扭矩电机为假肢膝关节提供正功，使佩戴者更好地完成上楼梯等需要主动力矩的行走模式，但存在耗能较大、电池体积和重量大以及续航时间短等缺点。上述两种类型假肢各有优缺点，但都不能模拟健康人行走过程中腿部肌肉主被动混合驱动的机理，给假肢佩戴者带来了不必要的能量代谢消耗。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有能量回收功能的主被动混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主被动混合驱动智能假肢膝关节的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括模式识别模块和控制模块；所述模式识别模块用于识别佩戴者步态相位和前方地形信息，为控制模块提供决策数据，所述模式识别模块包括步态检测模块和地形检测模块；所述控制模块根据模式识别模块的决策数据选择对应的控制模式并反馈当前的传感状态，所述控制模式包括被动模式和主动模式；所述被动模式用于假肢膝关节的阻尼控制，所述被动模式包括高阻尼模式、自适应阻尼模式和能量回收模式；当佩戴者处于静立、脚后跟着地、下楼梯、下坡等状态时，假肢处于高阻尼状态，为假肢提供良好的站立稳定性；假肢初始化状态为高阻尼状态；当佩戴者处于平地行走状态时，所述自适应阻尼模式根据步态相位实时调节假肢的阻尼，同时能量回收模式开启，将机械能转换为电能进行储存；所述主动模式用于控制假肢膝关节的主动屈曲和伸展，所述主动模式包括膝关节屈曲轨迹规划和控制假肢膝关节进行轨迹跟随；当佩戴者处于上楼梯或上坡等活动状态时，假肢膝关节切换至主动模式，根据前方地形高度进行膝关节屈曲轨迹规划并控制假肢膝关节进行轨迹跟随，实现假肢膝关节的主动屈曲和伸展。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步态检测模块通过获取压力信号、膝关节角度信号和大腿角度信号组合来实现步态相位识别，将一个完整步态周期T分为支撑期和摆动期，即支撑相和摆动相。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述支撑期开始于脚后跟着地结束于脚前掌离地，所述摆动期开始于脚尖离地结束于脚后跟着地；对支撑期和摆动期细分状态阶段最终确定一个步态周期分为脚跟着地、站立伸展、脚尖离地、摆动屈曲、摆动伸展五个相位；若佩戴者处于站立伸展期超过阈值时间t，则处于静立状态，所述静立状态为假肢膝关节的初始状态，此时地形检测开启。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述地形检测模块包括传感器检测和高度检测。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述传感器检测使用激光传感器安装于佩戴者的残肢接受腔正前方，并与地面垂直面形成25
°
夹角，激光传感器采集到的数据即为佩戴者残肢到前方地形的距离；根据佩戴者残肢到前方地形的不同距离特征，将地形类型分为平地地形、高地形和矮地形三种。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述地形类型的分别为：当佩戴者处于静立状态时，若距离大于阈值h1，则前方地形为矮...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻洪流，黎林荣，汪晓铭，张哲文，孙洁，杨良栋，陈长龙，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：