一种外骨骼步态辅助运动方法及机器人技术

本发明专利技术提供了一种外骨骼步态辅助运动方法及机器人，方法包括监测用户的左右髋关节活动，并形成对应用户外骨骼步态的左右髋关节活动的拟合波形图，在拟合波形图选取左右髋关节中的其中一个髋关节达到第一特定角度、第二特定角度的时间点，并分别标定为第一时间点、第二时间点，基于第一特定角度、第二特定角度及第一时间点与第二时间点的时间差，确定适合选取的一个髋关节的第一作用力，以当左右髋关节中的另一髋关节下次达到第一特定角度时，将第一作用力作用于另一髋关节，直到另一髋关节达到第二特定角度。本发明专利技术提出的方法可根据用户的步态进行及时的自适应调节，滞后延迟低，实时性高，且能够及时对用户的步态调整进行响应。应。应。

【技术实现步骤摘要】
一种外骨骼步态辅助运动方法及机器人


[0001]本专利技术属于步态辅助
，具体涉及一种外骨骼步态辅助运动方法及机器人。

技术介绍

[0002]步态(gait)是指人体步行时的姿态和行为特征，人体通过髋、膝、踝、足趾的一系列连续活动，使身体沿着一定方向移动的过程。步态涉及行为习惯、职业、教育、年龄及性别等因素，也受到多种疾病的影响。步行的控制十分复杂，包括中枢命令、身体平衡及协调控制，涉及下肢各关节和肌肉的协同运动，同时也与上肢和躯干的姿势有关。任何环节的失调都可能影响步态，而异常也有可能被代偿或掩盖。正常步态具有稳定性、周期性和节律性、方向性、协调性以及个体差异性。
[0003]步态分析(gait analysis)是研究步行规律的检查方法，旨在通过生物力学和运动学手段，揭示步态异常的关键环节及影响因素，从而指导康复评估和治疗，能够应用于临床诊断、疗效评估、机理研究、运动指导及机器人等多个方面。例如在医疗康复领域，各种类型的康复设备被使用，以此来减轻或甚至接替康复医师繁重的工作，步态辅助设备可以辅助患者进行行动能力恢复的训练，不再需要康复医师帮助。
[0004]但是，现有的步态辅助设备大多通过遥控的方式控制运行速度，或者按照预先设定的运行速度运行，不能根据用户的行走速度进行及时的自适应调节；现有技术中能够实现自适应调节的步态辅助设备，一般也具有较高的滞后延迟。在步态辅助设备实际使用过程中，由于步态辅助设备的运行速度与用户的行走速度不匹配，可能会出现影响用户行走的情况，甚至还存在对用户造成伤害的风险。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提出了一种外骨骼步态辅助运动方法，所述方法包括：
[0006]监测用户的左右髋关节活动，并形成对应用户外骨骼步态的左右髋关节活动的拟合波形图；
[0007]在所述拟合波形图选取左右髋关节中的其中一个髋关节达到第一特定角度、第二特定角度的时间点，并分别标定为第一时间点、第二时间点；所述第一时间点的时间顺序在所述第二时间点之前，且所述第一时间点与所述第二时间点的时间差不超过一个左右髋关节活动的周期；
[0008]基于所述第一特定角度、所述第二特定角度及所述第一时间点与所述第二时间点的时间差，确定适合选取的所述一个髋关节的第一作用力，以当左右髋关节中的另一髋关节下次达到第一特定角度时，将所述第一作用力作用于所述另一髋关节，直到所述另一髋关节达到所述第二特定角度。
[0009]进一步地，所述方法还包括：
[0010]若本次标定不为首次标定，将前次标定中的第二时间点作为本次标定中的第一时间点。
[0011]优选地，所述特定角度包括：
[0012]所述左侧髋关节或所述右侧髋关节达到最大角度值的角度；
[0013]所述左侧髋关节或所述右侧髋关节达到最小角度值的角度；
[0014]所述左侧髋关节和所述右侧髋关节两者在同一时刻达到相同角度值的角度。
[0015]具体地，所述第一作用力包括屈髋力或伸髋力。
[0016]具体地，所述监测用户的左右髋关节活动，并形成左右髋关节活动的拟合波形图以检测用户的外骨骼步态包括：
[0017]获取所述用户左右髋关节活动时的角度值；
[0018]基于获取的左右髋关节角度值，用两个波形图分别表示所述左侧髋关节和所述右侧髋关节的步态；
[0019]基于所述左侧髋关节的步态波形图和所述右侧髋关节的步态波形图划分用户的步态周期，记录预设数量的步态周期；
[0020]将包含记录的步态周期的所述左侧髋关节的步态波形图和所述右侧髋关节的步态波形图拟合，形成所述拟合波形图以检测所述用户的外骨骼步态。
[0021]优选地，被记录的步态周期中不包含异常步态，所述异常步态通过对所述用户左侧髋关节及右侧髋关节的步态比对以进行分别，对所述用户左侧髋关节及右侧髋关节的步态的比对包括：
[0022]标定步态周期中左右髋关节达到特定角度的至少两个时间点，将本次步态周期和前次步态周期达到第三特定角度、第四特定角度的时间点分别作为第三时间点、第四时间点，比较本次步态周期和所述前次步态周期的中第三时间点、第四时间点的时序后，将所述第三特定角度和所述第四特定角度中的至少一个替换为另一已标定的特定角度继续进行比较，直至完成预设数量的时间差的比较；所述前次步态周期中不包含异常步态；
[0023]若所述前次步态周期的第三时间点及第四时间点的时序与本次步态周期的第三时间点及第四时间点的时序一致，则判断用户本次步态周期中不包含异常步态；
[0024]若所述前次步态周期的第三时间点及第四时间点的时序与本次步态周期的第三时间点及第四时间点的时序不一致，则判断用户本次步态周期中包含异常步态。
[0025]优选地，对所述用户左侧髋关节及右侧髋关节的步态的比对还包括：
[0026]针对同一髋关节选取所述第三时间点、所述第四时间点，比较本次步态周期和所述前次步态周期的中第三时间点、第四时间点的时间差；
[0027]若所述前次步态周期的第三时间点及第四时间点的时间差与本次步态周期的第三时间点及第四时间点的时间差之间的差值不超出预设的第三误差阈值，则判断用户本次步态周期中不包含异常步态；
[0028]若所述前次步态周期的第三时间点及第四时间点的时间差与本次步态周期的第三时间点及第四时间点的时间差之间的差值超出所述第三误差阈值，则判断用户本次步态周期中包含异常步态；
[0029]和/或，将左侧髋关节到达第三特定角度的第三时间点和到达第四特定角度的第四时间点的时间差值设置为第三时间差，将右侧髋关节到达第三特定角度的第三时间点和
到达第四特定角度的第四时间点的时间差值设置为第四时间差；
[0030]若所述第三时间差和所述第四时间差的差值不超出预设的第四误差阈值，则判断用户本次步态周期中不包含异常步态；
[0031]若所述第三时间差和所述第四时间差的差值超出所述第四误差阈值，则判断用户本次步态周期中包含异常步态。
[0032]本专利技术还提出了一种外骨骼步态辅助运动机器人，所述外骨骼步态辅助运动机器人用于穿戴于用户的左右髋关节处，以实现如前文述的外骨骼步态辅助运动方法。
[0033]具体地，所述外骨骼步态辅助运动机器人包括监测装置和电机，所述监测装置用于监测所述用户的左右髋关节活动，所述电机设置于所述用户的左右髋关节处，用于对所述用户的所述左侧髋关节和所述右侧髋关节施加所述第一作用力。
[0034]进一步地，所述监测装置通过获取左右髋关节活动时的角度值的方式监测所述用户的左右髋关节活动，所述监测装置包括连杆机构和编码器；
[0035]所述连杆机构设置于用户的左右髋关节，以当所述用户的左右髋关节活动时带动所述连杆机构同步活动，所述编码器用于通过所述连杆机构的活动获取所述用户左右髋关节活动时的角度值。
[0036]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0037]本专利技术提出的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外骨骼步态辅助运动方法，其特征在于，所述方法包括：监测用户的左右髋关节活动，并形成对应用户外骨骼步态的左右髋关节活动的拟合波形图；在所述拟合波形图选取左右髋关节中的其中一个髋关节达到第一特定角度、第二特定角度的时间点，并分别标定为第一时间点、第二时间点；所述第一时间点的时间顺序在所述第二时间点之前，且所述第一时间点与所述第二时间点的时间差不超过一个左右髋关节活动的周期；基于所述第一特定角度、所述第二特定角度及所述第一时间点与所述第二时间点的时间差，确定适合选取的所述一个髋关节的第一作用力，以当左右髋关节中的另一髋关节下次达到第一特定角度时，将所述第一作用力作用于所述另一髋关节，直到所述另一髋关节达到所述第二特定角度。2.根据权利要求1所述的外骨骼步态辅助运动方法，其特征在于，所述方法还包括：若本次标定不为首次标定，将前次标定中的第二时间点作为本次标定中的第一时间点。3.根据权利要求1所述的外骨骼步态辅助运动方法，其特征在于，所述特定角度包括：所述左侧髋关节或所述右侧髋关节达到最大角度值的角度；所述左侧髋关节或所述右侧髋关节达到最小角度值的角度；所述左侧髋关节和所述右侧髋关节两者在同一时刻达到相同角度值的角度。4.根据权利要求1所述的外骨骼步态辅助运动方法，其特征在于，所述第一作用力包括屈髋力或伸髋力。5.根据权利要求1所述的外骨骼步态辅助运动方法，其特征在于，所述监测用户的左右髋关节活动，并形成左右髋关节活动的拟合波形图以检测用户的外骨骼步态包括：获取所述用户左右髋关节活动时的角度值；基于获取的左右髋关节角度值，用两个波形图分别表示所述左侧髋关节和所述右侧髋关节的步态；基于所述左侧髋关节的步态波形图和所述右侧髋关节的步态波形图划分用户的步态周期，记录预设数量的步态周期；将包含记录的步态周期的所述左侧髋关节的步态波形图和所述右侧髋关节的步态波形图拟合，形成所述拟合波形图以检测所述用户的外骨骼步态。6.根据权利要求5所述的外骨骼步态辅助运动方法，其特征在于，被记录的步态周期中不包含异常步态，所述异常步态通过对所述用户左侧髋关节及右侧髋关节的步态比对以进行分别，对所述用户左侧髋关节及右侧髋关节的步态的比对包括：标定步态周期中左右髋关节达到特定角度的至少两个时间点，将本次步态周期和前次步态周期达到第三特定角度、第四特定角度的时间点分别作为第三时间点、第四时间点，比较本次步态周期和所述前次步态周期的中第三时间点、第四时间点的时序后，将所述第三特定角度和所述第四特定角度中的至少一个替换为另一已标定的特定角度继续进行比较，直至完成预设数量的时间差的比较；所述前次步态周期中不包含异常步态；若所述前次步态周期的第三时间点及第四时间点的时序与本次步态周期的第三时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瀚琦，王申宝，
申请(专利权)人：深圳市英汉思动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：