一种个性化下肢康复步态生成装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种个性化下肢康复步态生成装置及控制方法。装置包括下肢康复外骨骼以及安装有模块的单片机；将单片机安装在下肢康复外骨骼上并穿戴在使用者腿上。方法包括：获得测试步态特征参数；使用ZMP方法获得初始运动轨迹；输入下肢康复外骨骼中；将自然语言评价输入偏好云构建模块；获得康复步态参数偏好云后输入步态生成模块，输出个性化步态参数至关节运动轨迹生成模块，输出最终运动轨迹至下肢康复外骨骼中运行，实现装置的控制。本发明专利技术解决了下肢康复步态评价中使用者主观评价无法准确数值定量评估步态性能问题，生成满足使用者偏好的下肢康复个性化步态，对使用者进行安全有效的康复训练，改善并恢复肢体运动功能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种个性化下肢康复步态生成装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及了一种康复步态生成装置，具体涉及一种个性化下肢康复步态生成装置及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，下肢外骨骼被广泛用于辅助人体运动。下肢外骨骼的运动参考轨迹为预设值，然而由于动力学特性及训练内容的个体差异，预设的步态类型不能完全达到每个用户的要求。因此有必要优化下肢外骨骼辅助行走步态的生成方法，以满足用户偏好为宗旨寻找适合每个用户的最优步态。
[0003]下肢功能障碍患者的下肢肌肉力量不足，下肢运动功能弱于正常人，因此，下肢康复外骨骼不能采用正常人的步态进行康复训练，需要根据患者本身身体条件和康复程度设计个性化的步速、步长等康复步态参数，促使人体在穿戴下肢康复外骨骼在行走步态下更加接近各个关节的真实运动学特性和动力学特性，使下肢康复外骨骼配合穿戴者完成自适应主动康复训练。由于认知差异，用户很难用清晰的数值定量评估步态的性能，导致无法建立满足用户个性化偏好的下肢康复步态，极大程度限制了下肢骨骼在实际康复训练中的推广与使用。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种个性化下肢康复步态生成装置及控制方法，实现了下肢康复步态的精确定量评价和满足用户偏好的下肢康复个性化步态的预测，帮助患者进行安全有效的康复训练，改善并恢复肢体运动功能。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一、一种个性化下肢康复步态生成装置：
[0007]装置包括下肢康复外骨骼以及安装有获取模块、康复步态参数偏好云构建模块、个性化下肢康复步态生成模块、关节运动轨迹生成模块和输出模块的STM32f103RCT6型号单片机；将单片机作为控制器安装在下肢康复外骨骼上并电连接下肢康复外骨骼，下肢康复外骨骼穿戴在使用者的腿上。
[0008]所述的获取模块获取使用者的自然语言评价数据后输入至康复步态参数偏好云构建模块，康复步态参数偏好云构建模块处理后输出康复步态参数偏好云至个性化下肢康复步态生成模块，个性化下肢康复步态生成模块处理后输出个性化步态参数至关节运动轨迹生成模块，关节运动轨迹生成模块处理后输出最终下肢康复外骨骼关节运动轨迹并通过输出模块输出至下肢康复外骨骼中进行控制。
[0009]二、一种个性化下肢康复步态生成装置的下肢康复步态生成控制方法包括如下步骤：
[0010]S1、将下肢康复外骨骼穿戴在使用者的腿上，根据基准步态特征参数获得测试步态特征参数。
[0011]基准步态特征参数具体为根据用户人体特征参数获得，用户人体特征参数包括使用者的身高、体重、下肢长度、膝宽、踝宽、足长和足宽。
[0012]S2、根据测试步态特征参数，使用零力矩点预览控制ZMP方法获得初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹。
[0013]S3、将初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹输入下肢康复外骨骼中，使用者通过下肢康复外骨骼根据初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹行走两个预设步态周期。
[0014]S4、使用者将步态性能指标的自然语言评价数据输入控制器的获取模块中进而输入至康复步态参数偏好云构建模块。
[0015]S5、康复步态参数偏好云构建模块根据自然语言评价数据生成评价矩阵，并根据评价矩阵获得康复步态参数偏好云后输入至个性化下肢康复步态生成模块，个性化下肢康复步态生成模块输出个性化步态参数至关节运动轨迹生成模块，关节运动轨迹生成模块输出最终下肢康复外骨骼关节运动轨迹并通过输出模块输出至下肢康复外骨骼中。
[0016]S6、下肢康复外骨骼根据最终下肢康复外骨骼关节运动轨迹运行，实现个性化下肢康复步态生成装置的控制。
[0017]所述的步骤S1中，所述的预设的基准步态特征参数包括基准步长、基准步宽和基准步频，测试步态特征参数由基准步态特征参数调整得到，具体为将基准步长减小10％、减小5％、增大5％或增大10％；将基准步宽减小10％、减小5％、增大5％或增大10％；将基准步频减少10％、减少5％、增加5％或增加10％。
[0018]所述的步骤S2中，所述的初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹包括初始左膝关节运动轨迹、初始右膝关节运动轨迹、初始左髋关节运动轨迹和初始右髋关节运动轨迹。
[0019]所述的步骤S4中，步态性能指标包括支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3；支撑阶段具体为使用者在使用下肢康复外骨骼时在预设步态周期中的初始站立时期到终止站立时期之间的阶段；触发摇摆阶段具体为使用者在使用下肢康复外骨骼时在预设步态周期中的终止站立时期到初始摇摆时期之间的阶段；摆动阶段具体为使用者在使用下肢康复外骨骼时在预设步态周期中的初始摇摆时期到终止摇摆时期之间的阶段。
[0020]所述的步骤S4中，支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2和摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3的自然语言评价数据具体均包括5个评价等级：G5，很高；G4，高；G3，中等；G2，低；G1，很低。
[0021]使用者对支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1的自然语言评价数据中的各个评价等级、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2的自然语言评价数据中的各个评价等级以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3的自然语言评价数据中的各个评价等级在预设分值范围内根据使用体验进行信赖度打分，将打分的分值输入控制器的获取模块中进而输入康复步态参数偏好云构建模块并构建为评价矩阵，评价矩阵中包括支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值。
[0022]支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值之和、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值之和以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值
之和均等于1。
[0023]所述的步骤S5中，根据评价矩阵获得康复步态参数偏好云，具体如下：
[0024]S5.1、康复步态参数偏好云构建模块提取评价矩阵中的支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值。
[0025]S5.2、康复步态参数偏好云构建模块将支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3的自然语言评价数据中的各个评价等级的分值分别输入逆向云发生器中，逆向云发生器输出支撑阶段、触发摇摆阶段和摆动阶段的云模型。
[0026]S5.3、康复步态参数偏好云构建模块调用云聚合算子，根据步骤S5.1中的各个分值以及和步骤S5.2中的各个云模型聚合生成康复步态参数偏好云。
[0027]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种个性化下肢康复步态生成装置，其特征在于：包括下肢康复外骨骼以及安装有获取模块、康复步态参数偏好云构建模块、个性化下肢康复步态生成模块、关节运动轨迹生成模块和输出模块的单片机；将单片机作为控制器安装在下肢康复外骨骼上并电连接下肢康复外骨骼，下肢康复外骨骼穿戴在使用者的腿上。2.根据权利要求1所述的一种个性化下肢康复步态生成装置，其特征在于：所述的获取模块获取使用者的自然语言评价数据后输入至康复步态参数偏好云构建模块，康复步态参数偏好云构建模块处理后输出康复步态参数偏好云至个性化下肢康复步态生成模块，个性化下肢康复步态生成模块处理后输出个性化步态参数至关节运动轨迹生成模块，关节运动轨迹生成模块处理后输出最终下肢康复外骨骼关节运动轨迹并通过输出模块输出至下肢康复外骨骼中进行控制。3.根据权利要求1或2任一所述的个性化下肢康复步态生成装置的下肢康复步态生成控制方法，其特征在于：方法包括如下步骤：S1、将下肢康复外骨骼穿戴在使用者的腿上，根据基准步态特征参数获得测试步态特征参数；S2、根据测试步态特征参数，使用零力矩点预览控制ZMP方法获得初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹；S3、将初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹输入下肢康复外骨骼中，使用者通过下肢康复外骨骼根据初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹行走两个预设步态周期；S4、使用者将步态性能指标的自然语言评价数据输入控制器的获取模块中进而输入至康复步态参数偏好云构建模块；S5、康复步态参数偏好云构建模块根据自然语言评价数据生成评价矩阵，并根据评价矩阵获得康复步态参数偏好云后输入至个性化下肢康复步态生成模块，个性化下肢康复步态生成模块输出个性化步态参数至关节运动轨迹生成模块，关节运动轨迹生成模块输出最终下肢康复外骨骼关节运动轨迹并通过输出模块输出至下肢康复外骨骼中；S6、下肢康复外骨骼根据最终下肢康复外骨骼关节运动轨迹运行，实现个性化下肢康复步态生成装置的控制。4.根据权利要求3所述的个性化下肢康复步态生成装置的下肢康复步态生成控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中，所述的预设的基准步态特征参数包括基准步长、基准步宽和基准步频，测试步态特征参数由基准步态特征参数调整得到，具体为将基准步长减小10％、减小5％、增大5％或增大10％；将基准步宽减小10％、减小5％、增大5％或增大10％；将基准步频减少10％、减少5％、增加5％或增加10％。5.根据权利要求3所述的个性化下肢康复步态生成装置的下肢康复步态生成控制方法，其特征在于：所述的步骤S2中，所述的初始下肢康复外骨骼关节运动轨迹包括初始左膝关节运动轨迹、初始右膝关节运动轨迹、初始左髋关节运动轨迹和初始右髋关节运动轨迹。6.根据权利要求3所述的个性化下肢康复步态生成装置的下肢康复步态生成控制方法，其特征在于：所述的步骤S4中，步态性能指标包括支撑阶段的轨迹控制辅助度AF1、触发摇摆阶段的初始轨迹控制辅助度AF2以及摆动阶段的轨迹控制辅助度AF3；支撑阶段具体为使用者在使用下肢康复外骨骼时在预设步态周期中的初始站立时期到终止站立时期之间的阶段；触发摇摆阶段具体为使用者在使用下肢康复外骨骼时在预设步态周期中的终止站
立时期到初始摇摆时期之间的阶段；摆动阶段具体为使用者在使用下肢康复外...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一聪，王悦瑾，郑浩，王彦坤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：