动力外骨骼助力控制装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的动力外骨骼助力控制装置及其方法，通过设置的参数及步态状态生成期望助力曲线，期望助力曲线与肌肉外骨骼上的拉力传感器测得拉力做差，误差被放入

【技术实现步骤摘要】
动力外骨骼助力控制装置及其方法
[
][0001]本专利技术涉及可穿戴外骨骼
，具体涉及一种动力外骨骼助力控制装置及其方法
。
[
技术介绍
][0002]穿戴式外骨骼，在包括军事，医疗和工业领域中有广泛应用
。
使用外骨骼可以减轻穿戴者负重，帮助穿戴者更好和更省力地行动
。
通常来说外骨骼在帮助穿戴者行动时使用自带动力，这种自带动力的外骨骼也叫动力外骨骼
。
在医疗领域，外骨骼可以为康复中的患者提供实时的行走助力
。
对于行动能力受损的患者，外骨骼的控制方法必须能够达到良好的人机协调，快速响应和对与常人不同步态的实时准确识别和反应能力，并提供准确和可以调整的助力时机和大小
。
另一方面，对于康复中的患者，随着康复，其步行速度会从起初的慢速度慢慢恢复到健康人正常步行速度或更快的步行速度，而现有的助力控制方案中，适用于慢速度的助力控制，对于快速步行的助力达不到有效的助力效果
。
[
技术实现思路
][0003]本专利技术的目的是提供一种动力外骨骼助力控制装置，其应用于康复领域，为康复训练的使用者在行走时有效的提供踝关节的助力
。
[0004]本专利技术的再一目的是提供一种动力外骨骼助力控制方法，其应用于康复领域，为康复训练的使用者在行走时有效的提供踝关节的助力
。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种动力外骨骼助力控制装置，包括：
[0006]期望助力生成器：生成期望助力目标；
[0007]拉力获取单元：获取动力外骨骼上的拉力传感器的拉力数据；
[0008]拉力作差单元：其对期望助力生成器生成的助力目标与拉力获取单元获取的拉力数据作差，获得拉力误差；
[0009]PID
控制器：用于存放所述的拉力作差单元输出的拉力误差数据，并根据拉力误差数据生成预期望电机速度；
[0010]踝关节角速度前馈补偿单元：对人体踝关节角速度进行增益获得踝关节角速度前馈控制量；期望电机速度生成单元：根据
PID
控制器生成的控制量和踝关节角速度前馈控制量，生成期望电机速度；
[0011]电机速度获取单元：获取动力外骨骼助力控制装置的电机的实际电机速度；
[0012]电机速度作差单元：对期望电机速度和实际电机速度进行作差处理，获得电机速度误差；
[0013]期望电机电流生成单元：根据电机速度误差生成期望电机电流；
[0014]实际电机电流获取单元：获取动力外骨骼助力控制装置的电机的实际电机电流数据；
[0015]电机电流作差单元：对期望电机电流和实际电机电流进行作差，获得电流误差；
[0016]电流控制器：存放电流误差，并根据电流误差对电机电流进行跟踪
、
控制
。
[0017]在一个可能设计中，还包括踝关节角速度获取单元和低通滤波器
、
增益器；所述的踝关节角速度获取单元通过对小腿惯性传感器和脚面惯性传感器共同测得数据进行处理获得踝关节角速度；所述低通滤波器对获得的踝关节角速度进行滤波，降低信号的高频噪声，得到符合人体关节运动的低频频率信号；所述增益器对滤波后的踝关节角速度进行增益；所述的踝关节角速度前馈补偿单元包括所述的增益器，其根据所述低通滤波器的信息及增益信息，获得踝关节角速度前馈控制量
。
[0018]在一个可能设计中，所述期望助力生成器获取外部智能终端设置参数及步态状态生成期望助力目标
。
[0019]在一个可能设计中，所述的期望助力目标为一
Sine
曲线，所述
Sine
曲线的峰值由所述智能终端输入的助力参数值提供，
Sine
曲线的起点和周期长度由步态信息提供
。
[0020]在一个可能设计中，通过电机编码器测得实际电机速度；通过电机的电流计测得实际电机电流；所述的电流控制器包括
PI
控制器
。
[0021]第二方面，本专利技术实施例提供一种动力外骨骼助力控制方法，包括：
[0022]a)
根据步态状态生成期望助力目标；
[0023]b)
期望助力目标与动力外骨骼上的拉力传感器测得的拉力做差，获得拉力误差；
[0024]c)
拉力误差存入
PID
控制器，生成预期望电机速度；
[0025]d)
获取踝关节角速度并对踝关节角速度进行滤波
、
增益获得踝关节角速度前馈控制量；
[0026]e)
根据
PID
控制器生成的控制量和踝关节角速度前馈控制量，共同生成期望电机速度；
[0027]f)
获取电机实际速度；
[0028]g)
对期望电机速度和实际电机速度作差，获得电机速度误差；
[0029]h)
电机速度误差放入
PI
控制器，生成期望电机电流控制量；
[0030]i)
获取电机实际电流；
[0031]g)
对期望电机电流与电机实际电流做差，获得电流误差；
[0032]k)
电流误差存入电流控制器，根据电流误差对电机电流进行跟踪
、
控制
。
[0033]在一个可能设计中，所述踝关节角速度获取通过对小腿惯性传感器和脚面惯性传感器共同测得数据进行处理获得踝关节角速度；所述对踝关节角速度进行滤波，包括通过低通滤波器降低踝关节角速度信号的高频噪声，得到符合人体关节运动的低频频率信号；所述对踝关节角速度进行增益通过增益器增益；所述获得踝关节角速度前馈控制量包括根据低通滤波器发送来的信息和增益后的信息获得踝关节角速度前馈控制量
。
[0034]在一个可能设计中，所述期望助力目标通过获取外部智能终端设置参数及步态状态共同生成
。
[0035]在一个可能设计中，所述的期望助力目标为一
Sine
曲线，所述
Sine
曲线的峰值由所述智能终端输入的助力参数值提供，
Sine
曲线的起点和周期长度由步态信息提供
。
[0036]在一个可能设计中，通过电机编码器获得实际电机速度；通过电机的电流计获得实际电机电流；所述的电流控制器包括
PI
控制器
。
[0037]本专利技术的动力外骨骼助力控制装置及方法采用了比例
‑
积分
‑
微分
(PID)
控制及前
馈控制，通过踝关节角速度的前馈补偿量，对助力的控制误差更小，对于快速步行时，提供了更好的助力效果，解决了传统力控方法中在快速行走时助力跟上不去的问题
。
[0038]同时本专利技术中在生成助力目标时，通过外部智能终端输入参数值提供，使得医生可以根据患者的实际情况设置不同的助力目标，更加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种动力外骨骼助力控制装置，其特征在于，包括：期望助力生成器：生成期望助力目标；拉力获取单元：获取动力外骨骼上的拉力传感器的拉力数据；拉力作差单元：其对期望助力生成器生成的助力目标与拉力获取单元获取的拉力数据作差，获得拉力误差；
PID
控制器：用于存放所述的拉力作差单元输出的拉力误差数据，并根据拉力误差数据生成预期望电机速度；踝关节角速度前馈补偿单元：对人体踝关节角速度进行增益获得踝关节角速度前馈控制量；期望电机速度生成单元：根据
PID
控制器生成的控制量和踝关节角速度前馈控制量，生成期望电机速度；电机速度获取单元：获取动力外骨骼助力控制装置的电机的实际电机速度；电机速度作差单元：对期望电机速度和实际电机速度进行作差处理，获得电机速度误差；期望电机电流生成单元：根据电机速度误差生成期望电机电流；实际电机电流获取单元：获取动力外骨骼助力控制装置的电机的实际电机电流数据；电机电流作差单元：对期望电机电流和实际电机电流进行作差，获得电流误差；电流控制器：存放电流误差，并根据电流误差对电机电流进行跟踪
、
控制
。2.
如权利要求1所述的动力外骨骼助力控制装置，其特征在于：还包括踝关节角速度获取单元和低通滤波器
、
增益器；所述的踝关节角速度获取单元通过对小腿惯性传感器和脚面惯性传感器共同测得数据进行处理获得踝关节角速度；所述低通滤波器对获得的踝关节角速度进行滤波，降低信号的高频噪声，得到符合人体关节运动的低频频率信号；所述增益器对滤波后的踝关节角速度进行增益；所述的踝关节角速度前馈补偿单元包括所述的增益器，其根据所述低通滤波器的信息及增益信息，获得踝关节角速度前馈控制量
。3.
如权利要求1所述的动力外骨骼助力控制装置，其特征在于：所述期望助力生成器获取外部智能终端设置参数及步态状态生成期望助力目标
。4.
如权利要求3所述的动力外骨骼助力控制装置，其特征在于：所述的期望助力目标为一
Sine
曲线，所述
Sine
曲线的峰值由所述智能终端输入的助力参数值提供，
Sine
曲线的起点和周期长度由步态信息提供
。5.
如权利要求1所述的动力外骨骼助力控制装置，其特征在于：通过电机编码器测得实际电机速度；通过电机的电流计测得实际电机电流；所述的电流控制器包括
PI
控制器
。6.

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：远也科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：