一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法和装置制造方法及图纸

本申请适用于机器人技术领域，提供了一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法和装置，所述方法包括：获取穿戴有穿戴式辅助负重机器人的用户的人体步态相位，和穿戴式辅助负重机器人的支撑腿在设定时间段内与地面接触时产生的多个电流值；根据人体步态相位和多个电流值，确定穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位；基于目标步态相位，对支撑腿的步态进行控制

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法和装置


[0001]本申请属于机器人
，尤其涉及一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法和装置
。

技术介绍

[0002]目前，随着穿戴式机器人技术的发展，包括穿戴式外骨骼
、
假肢及穿戴式辅助负重等智能化的穿戴式机器人得到快速发展
。
穿戴式机器人的步态控制是穿戴式机器人得到实际应用的关键因素
。
[0003]现有技术通常是通过穿戴式机器人与地面的交互力信息和关节角度信息判断下一个目标步态相位，然后根据该下一个目标步态相位实现对穿戴式机器人的步态控制
。
由此可见，现有技术是通过穿戴式机器人与地面的交互力信息和关节角度信息对穿戴式机器人的下一个步态相位进行预测，无法保证穿戴式机器人可以姿态稳定的跟随穿戴者运动，从而降低了人机协同行走的控制准确率和稳定性
。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法和装置，保证了穿戴式辅助负重机器人可以姿态稳定的跟随穿戴者运动，提高了人机协同行走的控制准确率和稳定性
。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法，包括：
[0006]获取穿戴有穿戴式辅助负重机器人的用户的人体步态相位，和所述穿戴式辅助负重机器人的支撑腿在设定时间段内与地面接触时产生的多个电流值；
[0007]根据所述人体步态相位和所述多个电流值，确定所述穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位；
[0008]基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制
。
[0009]可选的，所述获取穿戴有穿戴式辅助负重机器人的用户的人体步态相位，包括：
[0010]通过位于所述用户腿部的惯性测量单元获取所述用户的腿部姿态信息；
[0011]根据所述腿部姿态信息，计算得到所述用户的左腿与地面法向量之间的第一角度和所述用户的右腿与所述地面法向量之间的第二角度；
[0012]根据所述第一角度和所述第二角度，计算得到角度差值；
[0013]确定所述角度差值所处的角度范围，并将与所述角度范围对应的步态相位确定为所述人体步态相位
。
[0014]可选的，所述根据所述人体步态相位和所述多个电流值，确定所述穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位，包括：
[0015]计算所述多个电流值的方差；
[0016]根据所述方差和所述穿戴式辅助负重机器人的期望步态相位，确定所述穿戴式辅助负重机器人的初始步态相位；其中，所述期望步态相位为预设的与所述人体步态相位对
应的步态相位；
[0017]根据所述人体步态相位和所述初始步态相位，确定所述目标步态相位
。
[0018]可选的，所述根据所述人体步态相位和所述初始步态相位，确定所述目标步态相位，包括：
[0019]当所述人体步态相位为摆动相时，确定所述目标步态相位为摆动相；
[0020]当所述人体步态相位和所述初始步态相位都为支撑相时，确定所述目标步态相位为支撑相
。
[0021]可选的，所述基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制，包括：
[0022]当所述目标步态相位为支撑相时，根据所述穿戴式辅助负重机器人的质量
、
角速度
、
支撑力
、
所述用户对所述穿戴式辅助负重机器人产生的作用力以及扭矩，构建所述穿戴式辅助负重机器人的动力学方程；
[0023]根据所述动力学方程，确定由所述穿戴式辅助负重机器人的期望位置
、
期望速度
、
期望姿态及期望角速度构成的状态变量矩阵；
[0024]构建所述状态变量矩阵与地面接触力之间的目标函数；其中，所述地面接触力为所述穿戴式辅助负重机器人与地面之间产生的接触力；
[0025]根据设定的约束条件对所述目标函数进行求解，得到所述地面接触力的最小值；
[0026]根据所述最小值，对所述支撑腿的步态进行控制
。
[0027]可选的，所述基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制，包括：
[0028]当所述目标步态相位为摆动相时，获取所述用户的腿长
、
身高
、
腿部姿态信息以及所述穿戴式辅助负重机器人中的力矩传感器采集到的竖轴转矩；
[0029]根据所述腿长
、
所述身高以及所述腿部姿态信息，计算得到所述用户的足部相对于所述用户的髋关节的位置向量；
[0030]根据所述竖轴转矩计算得到所述用户的第一落足点与所述支撑腿的第二落足点之间的角度偏差；其中，所述第一落足点和所述第二落足点均为同一侧的落足点；
[0031]根据所述位置向量和所述角度偏差，计算得到所述第二落足点的位置；
[0032]根据所述第二落足点的位置，对所述支撑腿的步态进行控制
。
[0033]可选的，在所述根据所述人体步态相位和所述多个电流值，确定所述穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位之后，还包括：
[0034]获取所述穿戴式辅助负重机器人的当前质心信息；
[0035]相应的，所述基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制，包括：
[0036]基于所述当前质心信息和所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制
。
[0037]第二方面，本申请实施例提供了一种穿戴式辅助负重机器人步态控制装置，包括：
[0038]第一获取单元，用于获取穿戴有穿戴式辅助负重机器人的用户的人体步态相位，和所述穿戴式辅助负重机器人的支撑腿在设定时间段内与地面接触时产生的多个电流值；
[0039]第一确定单元，用于根据所述人体步态相位和所述多个电流值，确定所述穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位；
[0040]第一控制单元，用于基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制
。
[0041]第三方面，本申请实施例提供了一种穿戴式辅助负重机器人，包括：存储器
、
处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行所述
计算机程序时实现如上述第一方面中任一项所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法
。
[0042]第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法
。
[0043]第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在穿戴式辅助负重机器人上运行时，使得穿戴式辅助负重机器人可执行上述第一方面中任一项所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法
。
[0044]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法，其特征在于，包括：获取穿戴有穿戴式辅助负重机器人的用户的人体步态相位，和所述穿戴式辅助负重机器人的支撑腿在设定时间段内与地面接触时产生的多个电流值；根据所述人体步态相位和所述多个电流值，确定所述穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位；基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制
。2.
如权利要求1所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法，其特征在于，所述获取穿戴有穿戴式辅助负重机器人的用户的人体步态相位，包括：通过位于所述用户腿部的惯性测量单元获取所述用户的腿部姿态信息；根据所述腿部姿态信息，计算得到所述用户的左腿与地面法向量之间的第一角度和所述用户的右腿与所述地面法向量之间的第二角度；根据所述第一角度和所述第二角度，计算得到角度差值；确定所述角度差值所处的角度范围，并将与所述角度范围对应的步态相位确定为所述人体步态相位
。3.
如权利要求1所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法，其特征在于，所述根据所述人体步态相位和所述多个电流值，确定所述穿戴式辅助负重机器人的目标步态相位，包括：计算所述多个电流值的方差；根据所述方差和所述穿戴式辅助负重机器人的期望步态相位，确定所述穿戴式辅助负重机器人的初始步态相位；其中，所述期望步态相位为预设的与所述人体步态相位对应的步态相位；根据所述人体步态相位和所述初始步态相位，确定所述目标步态相位
。4.
如权利要求3所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法，其特征在于，所述根据所述人体步态相位和所述初始步态相位，确定所述目标步态相位，包括：当所述人体步态相位为摆动相时，确定所述目标步态相位为摆动相；当所述人体步态相位和所述初始步态相位都为支撑相时，确定所述目标步态相位为支撑相
。5.
如权利要求1所述的穿戴式辅助负重机器人步态控制方法，其特征在于，所述基于所述目标步态相位，对所述支撑腿的步态进行控制，包括：当所述目标步态相位为支撑相时，根据所述穿戴式辅助负重机器人的质量
、
角速度
、
支撑力
、
所述用户对所述穿戴式辅助负重机器人产生的作用力以及扭矩，构建所述穿戴式辅助负重机器人的动力学方程；根据所述动力学方程，确定由所述穿戴式辅助负重机器人的期望位置
、
期望速度
、
期望姿态及期望角速度构成的状态变量矩阵；构建所述状态变量矩阵与地面接触力之间的目标函数；其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：付成龙，冷雨泉，严浩耘，涂志鑫，程琪高，杨平，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：