專利名稱：助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及上述助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，包括主動(dòng)控制方法和被動(dòng) 控制方法，其中 所述的主動(dòng)控制方法包括以下步驟 第一步、通過外骨骼機(jī)器人傳感器模塊及信號檢測模塊采集人體腿部肌電信號、 角度信號和壓力信號，對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理。 第二步、將經(jīng)過預(yù)處理的肌電信號和角度傳感器的信號作為輸入信號，輸入至五 層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并獲得預(yù)測關(guān)節(jié)角度值； 第三步、根據(jù)預(yù)測關(guān)節(jié)角度值，經(jīng)運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算，求解出各伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況， 產(chǎn)生控制信號，控制各伺服電機(jī)按要求運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)與助行外骨骼機(jī)器人各關(guān)節(jié)同 步運(yùn)動(dòng)。 所述的被動(dòng)控制方法包括以下步驟
根據(jù)使用者身高，腿長等信息，通過人體標(biāo)準(zhǔn)的步態(tài)數(shù)據(jù)庫選取相應(yīng)步態(tài)數(shù)據(jù)，直 接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)反解，求解出各伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，產(chǎn)生控制信號，控制各伺服電機(jī) 按要求運(yùn)動(dòng)。從而使助行外骨骼機(jī)器人各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，與人體標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)相同?；颊吒S 助行外骨骼機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)訓(xùn)練。其具體步驟包括 a、通過外骨骼機(jī)器人信號檢測及處理系統(tǒng)采集人體腿部肌電信號、角度信號和壓 力信號，對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理。 b、采集不同身高、腿長的人體行走時(shí)的關(guān)節(jié)角度值，取平均值后獲得標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)數(shù) 據(jù)庫，參照當(dāng)前時(shí)刻傳感器模塊檢測到的數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)數(shù)據(jù)庫選取對應(yīng)步態(tài)時(shí)刻的 各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值查找使用者及外骨骼機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)情況及步態(tài)。 c、根據(jù)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值，經(jīng)運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算得到伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，通過使用者設(shè)定 調(diào)整伺服電機(jī)的輸出。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下有益效果本發(fā)明的外骨骼假肢設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、 各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大，能滿足人體實(shí)際運(yùn)動(dòng)要求；采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制精度高，輸出力矩 大；移動(dòng)平臺由電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，外骨骼機(jī)器人可自主移動(dòng)，具有較高的爬坡能力和移動(dòng) 速度；利用移動(dòng)平臺的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整懸掛支架的高度，適合不同身高的人使用，在對患 者進(jìn)行步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，可對人體重心進(jìn)行主動(dòng)調(diào)整，符合人體隨著步態(tài)交替而上下波動(dòng) 的特征；懸掛支架上的吊帶用于支撐人體軀體，防止人行走時(shí)摔倒，保證整個(gè)外骨骼機(jī)器人 系統(tǒng)的穩(wěn)定性；利用肌電信號作為控制信號之一，并利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對肌電信號進(jìn)行實(shí) 時(shí)處理，從而實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)動(dòng)作的預(yù)測，使外骨骼機(jī)器人與人體同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)使用者對外 骨骼機(jī)器人的實(shí)時(shí)主動(dòng)控制；利用關(guān)節(jié)角度信號和壓力信號作為控制信號之一，提高了中 央處理模塊的穩(wěn)定性，并提高了運(yùn)動(dòng)生成單元?jiǎng)幼髋袛嗟臏?zhǔn)確性；被動(dòng)控制方法中人體標(biāo) 準(zhǔn)的步態(tài)數(shù)據(jù)庫根據(jù)不同身高、性別、體型進(jìn)行分類，使生成的步態(tài)更能符合不同使用者的 需求；系統(tǒng)具有主被動(dòng)兩種模式，更合理、全面的滿足不同患者的需求。


圖1是本發(fā)明立體示意圖。
圖2是實(shí)施例控制示意圖。
圖3是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括懸掛支架1、移動(dòng)平臺2、骨骼關(guān)節(jié)3、保護(hù)套4、 傳感器模塊5、信號采集模塊6、中央處理模塊7和運(yùn)動(dòng)控制模塊8，其中懸掛支架1固定 設(shè)置于移動(dòng)平臺2上，骨骼關(guān)節(jié)3與懸掛支架1相連接構(gòu)成外骨骼機(jī)器人9，傳感器模塊5、 信號采集模塊6、中央處理模塊7和運(yùn)動(dòng)控制模塊8依次順序連接，通過傳感器模塊5采集 關(guān)節(jié)角度、外骨骼機(jī)器人9與人的交互力以及人體肌肉肌電信號，信號采集模塊6進(jìn)行信號 調(diào)理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，中央處理模塊7進(jìn)行動(dòng)作生成與運(yùn)動(dòng)反解，并將動(dòng)作命令傳輸至運(yùn)動(dòng)控
6制模塊8，運(yùn)動(dòng)控制模塊8與外骨骼機(jī)器人9相連接并生成脈沖信號控制外骨骼機(jī)器人9協(xié) 調(diào)運(yùn)動(dòng)。 所述的傳感器模塊5包括角度傳感器10、壓力傳感器11和肌電電極12，其中角 度傳感器10和壓力傳感器11固定設(shè)置于骨骼關(guān)節(jié)3和保護(hù)套4中采集傳輸關(guān)節(jié)角度信號 和外骨骼機(jī)器人9與人的交互力信號，肌電電極12設(shè)置于用戶皮膚表面采集人體肌肉肌電信號。 所述的信號采集模塊6包括運(yùn)算放大單元13及濾波單元14和高速數(shù)據(jù)采集 卡15，其中運(yùn)算放大單元13與濾波單元14通過屏蔽線與傳感器模塊5依次連接并將采 集到的原始人體肌肉肌電信號放大2000倍且進(jìn)行工頻濾波和帶通濾波使信號最低頻率為 10Hz，最高頻率為1000Hz，且不包含50Hz信號，高速數(shù)據(jù)采集卡15與傳感器模塊5、運(yùn)算放 大單元13及濾波單元14連接以采集關(guān)節(jié)角度、外骨骼機(jī)器人9與人的交互力以及經(jīng)處理 的人體肌電信號，并對模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 所述的中央處理模塊7包括信號預(yù)處理單元16、動(dòng)作生成單元17和運(yùn)動(dòng)反解單 元18，三個(gè)單元依次順序連接，其中信號預(yù)處理單元16對采集到的信號進(jìn)行數(shù)字濾波和 數(shù)字信號調(diào)理，動(dòng)作生成單元17根據(jù)采集到的信號及運(yùn)動(dòng)控制模式生成外骨骼機(jī)器人9的 關(guān)節(jié)角位移和角速度，運(yùn)動(dòng)反解單元18根據(jù)動(dòng)作生成單元17的關(guān)節(jié)角位移和角速度與機(jī) 構(gòu)幾何尺寸綜合得出動(dòng)作命令。 所述的運(yùn)動(dòng)控制模塊8包括運(yùn)動(dòng)控制卡19、伺服驅(qū)動(dòng)器20和伺服電機(jī)21，其中 運(yùn)動(dòng)控制卡19接收中央處理模塊7輸出的動(dòng)作命令對伺服電機(jī)21的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃并輸出 至伺服驅(qū)動(dòng)器20，伺服驅(qū)動(dòng)器20生成脈沖信號至伺服電機(jī)21，伺服電機(jī)21與外骨骼機(jī)器 人9相連接實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。 本實(shí)施例的主動(dòng)控制方法包括以下步驟 第一步、通過外骨骼機(jī)器人9信號檢測及處理系統(tǒng)采集人體腿部肌電信號、角度 信號和壓力信號，通過公式1對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理 <formula>formula see original document page 7</formula>
其中N為采樣點(diǎn)數(shù)量，Vi為第i個(gè)采樣點(diǎn)電壓值。取N二 256，采樣間隔為500微秒。 第二步、將經(jīng)過預(yù)處理的肌電信號和角度傳感器10的信號作為輸入信號，輸入至 五層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并獲得預(yù)測關(guān)節(jié)角度值； 如圖3所示，所述的五層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、模糊化層、模糊推理層、模糊 規(guī)則輸出層和去模糊化層，其中輸入層接收肌電信號、角度信號和壓力信號，模糊化層通 過廣義鐘形函數(shù)將肌電信號轉(zhuǎn)換成零值、正小值、正中值和正大值四種模糊語言變量，并 將角度信號轉(zhuǎn)換成負(fù)小值、負(fù)大值、零值、正小值和正大值五種模糊語言變量，模糊推理層 根據(jù)人體解剖學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊規(guī)則，模糊規(guī)則輸出層對模糊規(guī)則進(jìn) 行加權(quán)輸出，去模糊化層獲得預(yù)測關(guān)節(jié)角度值。
所述的廣義鐘形函數(shù)是指<formula>formula see original document page 7</formula>
其中X為獨(dú)立變量，a ， |3 ， Y為決定隸屬函數(shù)形狀和位置的變量。
所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊規(guī)則是指<formula>formula see original document page 8</formula> (3) 其中^ = ^''門^''...門^''為第i條規(guī)則先前部分的模糊集，k為先前部分子集的數(shù) 量，"為輸入，ft為乘法算子，PAU)表示輸入《對于第i條規(guī)則的隸屬度。
所述的加權(quán)輸出是指
《=~鵬 (4)
其中:fi = ai ch,bi ch2+Ci ch3+di ch4+ei， a丄，Ci， e丄為輸出隸屬函數(shù) 參數(shù)。
所述的預(yù)測關(guān)節(jié)角度值是指
<formula>formula see original document page 8</formula> (5) 其中r為模糊規(guī)則數(shù)。 第三步、根據(jù)預(yù)測關(guān)節(jié)角度值，經(jīng)運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算，求解出各伺服電機(jī)21的運(yùn)動(dòng)情 況，產(chǎn)生控制信號，控制各伺服電機(jī)21按要求運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)與助行外骨骼機(jī)器人9各 關(guān)節(jié)同步運(yùn)動(dòng)。 以髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為例，根據(jù)運(yùn)動(dòng)反解方程求解電機(jī)位移。
/b = (/lSina-e)2 + cos a (6)
<formula>formula see original document page 8</formula> (7) 其中a ， |3分別為通過第二步所得到的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，lpl^l^l^e分別 為機(jī)構(gòu)參數(shù)。將電機(jī)位移值輸入運(yùn)動(dòng)控制卡19，控制伺服電機(jī)21運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)施例的被動(dòng)控制方法包括以下步驟 根據(jù)使用者身高，腿長等信息，通過人體標(biāo)準(zhǔn)的步態(tài)數(shù)據(jù)庫選取相應(yīng)步態(tài)數(shù)據(jù)，直 接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)反解，求解出各伺服電機(jī)21的運(yùn)動(dòng)情況，產(chǎn)生控制信號，控制各伺服 電機(jī)21按要求運(yùn)動(dòng)。從而使助行外骨骼機(jī)器人9各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，與人體標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)相同。 患者跟隨助行外骨骼機(jī)器人9進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)訓(xùn)練。其具體步驟包括 a、通過外骨骼機(jī)器人9信號檢測及處理系統(tǒng)采集人體腿部肌電信號、角度信號和 壓力信號，通過公式1對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理 <formula>formula see original document page 8</formula> (I) 其中N為采樣點(diǎn)數(shù)量，Vi為第i個(gè)采樣點(diǎn)電壓值。取N二 256，采樣間隔為500微秒。 b、采集不同身高、腿長的人體行走時(shí)的關(guān)節(jié)角度值，對同一類測試者的采集值取 平均值，獲得人體標(biāo)準(zhǔn)的步態(tài)數(shù)據(jù)庫，即關(guān)節(jié)角度與步態(tài)周期的對應(yīng)關(guān)系。對不同的使用者 選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)。步態(tài)過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)庫選取對應(yīng)步態(tài)時(shí)刻的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值。同時(shí)，根據(jù)傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，分析使用者及外骨骼機(jī)器人9的運(yùn)動(dòng)情況及步態(tài)，如出現(xiàn)異常， 進(jìn)行報(bào)警或?qū)Σ綉B(tài)中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進(jìn)行修正。 c、根據(jù)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值，經(jīng)運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算，求解出各伺服電機(jī)21的運(yùn)動(dòng)情況，控制各 伺服電機(jī)21按要求運(yùn)動(dòng)。 以髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為例，根據(jù)運(yùn)動(dòng)反解方程求解電機(jī)位移。
/b ="sina-e)2 + cosff (6)
~ = <formula>formula see original document page 9</formula> 其中a ， |3分別為通過第二步所得到的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，lpl^l^l^e分別 為機(jī)構(gòu)參數(shù)。將電機(jī)位移值輸入運(yùn)動(dòng)控制卡19，控制伺服電機(jī)21運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)施例中的外骨骼假肢結(jié)構(gòu)緊湊、各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大，能滿足人體實(shí)際運(yùn)動(dòng)要 求；采用伺服電機(jī)21驅(qū)動(dòng)，控制精度高，輸出力矩大；移動(dòng)平臺2由電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，外 骨骼機(jī)器人9可自主移動(dòng)，具有較高的爬坡能力和移動(dòng)速度；利用移動(dòng)平臺2的直線運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)調(diào)整懸掛支架1的高度，適合不同身高的人使用，在對人助行訓(xùn)練時(shí)，可對人體重心進(jìn)行 主動(dòng)調(diào)整，符合人體重心運(yùn)動(dòng)特征；懸掛支架1上的吊帶用于支撐人體軀體，防止人行走時(shí) 摔倒，保證外骨骼機(jī)器人9系統(tǒng)的穩(wěn)定性，利用肌電信號作為控制信號之一，并利用模糊神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對肌電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從而實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)動(dòng)作的預(yù)測，使外骨骼機(jī)器人9與人 體同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)使用者對外骨骼機(jī)器人9的實(shí)時(shí)主動(dòng)控制；利用關(guān)節(jié)角度信號和壓力信 號作為控制信號之一，提高了中央處理模塊7的穩(wěn)定性，并提高了運(yùn)動(dòng)生成單元?jiǎng)幼髋袛?的準(zhǔn)確性；被動(dòng)控制方法中人體標(biāo)準(zhǔn)的步態(tài)數(shù)據(jù)庫根據(jù)不同身高、性別、體型進(jìn)行分類，使 生成的步態(tài)更能符合不同使用者的需求；系統(tǒng)具有主被動(dòng)兩種模式，更合理、全面的滿足不 同患者的需求。
權(quán)利要求
一種助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，包括懸掛支架、移動(dòng)平臺、骨骼關(guān)節(jié)、保護(hù)套和傳感器模塊，其特征在于，還包括信號采集模塊、中央處理模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊，其中懸掛支架固定設(shè)置于移動(dòng)平臺上，骨骼關(guān)節(jié)與懸掛支架相連接構(gòu)成外骨骼機(jī)器人，傳感器模塊、信號采集模塊、中央處理模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊依次順序連接，通過傳感器模塊采集關(guān)節(jié)角度、外骨骼機(jī)器人與人的交互力以及人體肌肉肌電信號，信號采集模塊進(jìn)行信號調(diào)理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，中央處理模塊進(jìn)行動(dòng)作生成與運(yùn)動(dòng)反解，并將動(dòng)作命令傳輸至運(yùn)動(dòng)控制模塊，運(yùn)動(dòng)控制模塊與外骨骼機(jī)器人相連接并生成脈沖信號控制外骨骼機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是，所述的傳感器模塊包括 角度傳感器、壓力傳感器和肌電電極，其中角度傳感器和壓力傳感器固定設(shè)置于骨骼關(guān)節(jié) 和保護(hù)套中采集傳輸關(guān)節(jié)角度信號和外骨骼機(jī)器人與人的交互力信號，肌電電極設(shè)置于用 戶皮膚表面采集人體肌肉肌電信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是，所述的信號采集模塊包 括運(yùn)算放大單元及濾波單元和高速數(shù)據(jù)采集卡，其中運(yùn)算放大單元與濾波單元通過屏 蔽線與傳感器模塊依次連接并將采集到的原始人體肌肉肌電信號放大濾波，高速數(shù)據(jù)采集 卡與傳感器模塊、運(yùn)算放大單元及濾波單元連接以采集關(guān)節(jié)角度、外骨骼機(jī)器人與人的交 互力以及經(jīng)處理的人體肌電信號，并對模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是，所述的中央處理模塊包 括信號預(yù)處理單元、動(dòng)作生成單元和運(yùn)動(dòng)反解單元，三個(gè)單元依次順序連接，其中信號 預(yù)處理單元對采集到的信號進(jìn)行數(shù)字濾波和數(shù)字信號調(diào)理，動(dòng)作生成單元根據(jù)采集到的信 號及運(yùn)動(dòng)控制模式生成外骨骼機(jī)器人的關(guān)節(jié)角位移和角速度，運(yùn)動(dòng)反解單元根據(jù)動(dòng)作生成 單元的關(guān)節(jié)角位移和角速度與機(jī)構(gòu)幾何尺寸綜合得出動(dòng)作命令。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是，所述的運(yùn)動(dòng)控制模塊包 括運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)，其中運(yùn)動(dòng)控制卡接收中央處理模塊輸出的動(dòng)作 命令對伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃并輸出至伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器生成脈沖信號至伺服電 機(jī)，伺服電機(jī)與外骨骼機(jī)器人相連接實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。
6. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的主動(dòng)控制方法，其特征在于， 包括以下步驟第一步、通過外骨骼機(jī)器人傳感器模塊及信號檢測模塊采集人體腿部肌電信號、角度 信號和壓力信號，對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理；第二步、將經(jīng)過預(yù)處理的肌電信號和角度傳感器的信號作為輸入信號，輸入至五層模 糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并獲得預(yù)測關(guān)節(jié)角度值；第三步、根據(jù)預(yù)測關(guān)節(jié)角度值運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算，得到伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況并生成控制信 號，控制各伺服電機(jī)按要求運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)與助行外骨骼機(jī)器人各關(guān)節(jié)同步運(yùn)動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的主動(dòng)控制方法，其特征是，所述的 預(yù)處理是指其中N為采樣點(diǎn)數(shù)量，Vi為第i個(gè)采樣點(diǎn)電壓值，取N = 256，采樣間隔為500微秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的主動(dòng)控制方法，其特征是，所述的五層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、模糊化層、模糊推理層、模糊規(guī)則輸出層和去模糊化層，其 中輸入層接收肌電信號、角度信號和壓力信號，模糊化層通過廣義鐘形函數(shù)將肌電信號轉(zhuǎn) 換成零值、正小值、正中值和正大值四種模糊語言變量，并將角度信號轉(zhuǎn)換成負(fù)小值、負(fù) 大值、零值、正小值和正大值五種模糊語言變量，模糊推理層根據(jù)人體解剖學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)結(jié) 果建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊規(guī)則，模糊規(guī)則輸出層對模糊規(guī)則進(jìn)行加權(quán)輸出，去模糊化層獲得 預(yù)測關(guān)節(jié)角度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的主動(dòng)控制方法，其特征是，所述的 運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算是指其中a ， P分別為預(yù)測關(guān)節(jié)角度值，lp 12、 13、 14、 e分別為機(jī)構(gòu)參數(shù)。
10. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的被動(dòng)控制方法，其特征在于， 包括以下步驟a、 通過外骨骼機(jī)器人信號檢測及處理系統(tǒng)采集人體腿部肌電信號、角度信號和壓力信 號，對肌電信號進(jìn)行預(yù)處理；b、 采集不同身高、腿長的人體行走時(shí)的關(guān)節(jié)角度值，取平均值后獲得標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)數(shù)據(jù)庫， 參照當(dāng)前時(shí)刻傳感器模塊檢測到的數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)數(shù)據(jù)庫選取對應(yīng)步態(tài)時(shí)刻的各關(guān)節(jié) 轉(zhuǎn)角值查找使用者及外骨骼機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)情況及步態(tài)；c、 根據(jù)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角值，經(jīng)運(yùn)動(dòng)反解計(jì)算得到伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，通過使用者設(shè)定調(diào)整 伺服電機(jī)的輸出。
全文摘要
一種康復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域的助行外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)及控制方法，包括懸掛支架、移動(dòng)平臺、骨骼關(guān)節(jié)、保護(hù)套、傳感器模塊、信號采集模塊、中央處理模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊，其中懸掛支架固定設(shè)置于移動(dòng)平臺上，骨骼關(guān)節(jié)與懸掛支架相連接構(gòu)成外骨骼機(jī)器人，傳感器模塊、信號采集模塊、中央處理模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊依次順序連接，通過傳感器模塊采集關(guān)節(jié)角度、外骨骼機(jī)器人與人的交互力以及人體肌肉肌電信號，信號采集模塊進(jìn)行信號調(diào)理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，中央處理模塊進(jìn)行動(dòng)作生成與運(yùn)動(dòng)反解，并將動(dòng)作命令傳輸至運(yùn)動(dòng)控制模塊，運(yùn)動(dòng)控制模塊與外骨骼機(jī)器人相連接并生成脈沖信號控制外骨骼機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人與人體同步運(yùn)動(dòng)以及實(shí)時(shí)主動(dòng)控制。
文檔編號A61F2/60GK101791255SQ201010119319
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者孫宏偉, 尤躍東, 殷躍紅, 范淵杰, 郭朝 申請人:上海交通大學(xué)