一種外動力機(jī)械的動力驅(qū)動方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種外動力機(jī)械的動力驅(qū)動方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 外動力機(jī)械是可感應(yīng)人體控制，并作出相應(yīng)動作的機(jī)械及電子設(shè)備，比較典型的 外動力機(jī)械為外動力骨骼；外動力骨骼是一種能夠增強(qiáng)人體能力的可穿戴機(jī)器，外動力骨 骼能夠幫助人體跑得更快、跳得更高、攜帶更多更重的物品，并且?guī)椭梭w在戰(zhàn)場、建筑工 地或者其他有危險的場所進(jìn)行生存。
[0003] 外動力機(jī)械比較常見的動力系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)，主要是由電機(jī)等動力輸 出裝置根據(jù)人體的控制輸出動力，從而實現(xiàn)外動力機(jī)械的動作執(zhí)行；由于外動力機(jī)械的動 作主要由人體控制，因此如何感應(yīng)人體控制，實現(xiàn)對電機(jī)等動力輸出裝置的動力驅(qū)動，一直 是技術(shù)人員研究的重點所在。
[0004] 目前存在一種通過腦電控制實現(xiàn)外動力機(jī)械的動力驅(qū)動的方式，運種方式主要是 采用人體頭部佩戴的感應(yīng)頭盎，監(jiān)控人腦腦運動中樞的電信號活動，從而將獲得的腦電信 號編譯為動力輸出裝置的驅(qū)動信號，進(jìn)而由驅(qū)動信號驅(qū)動動力輸出裝置，實現(xiàn)對外動力機(jī) 械的動力驅(qū)動； 陽〇化]然而，采用腦電控制實現(xiàn)外動力機(jī)械的動力驅(qū)動的方式存在如下問題：運種方式 對于腦電信號的監(jiān)控精度要求較高，信號的處理算法較為復(fù)雜，且目前還沒有較為實用的 信號處理算法，同時，腦電信號極易受到干擾，導(dǎo)致外動力機(jī)械的動力驅(qū)動存在失效的可 能；因此提供一種新的外動力機(jī)械的動力驅(qū)動方法，W實現(xiàn)實用、簡便且不受干擾的對外動 力機(jī)械進(jìn)行動力驅(qū)動，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要考慮的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種外動力機(jī)械的動力驅(qū)動方法及系統(tǒng)，W實現(xiàn)實 用、簡便且不受干擾的對外動力機(jī)械進(jìn)行動力驅(qū)動。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案：
[0008] 一種外動力機(jī)械的動力驅(qū)動方法，基于一種外動力機(jī)械的動力驅(qū)動系統(tǒng)，所述動 力驅(qū)動系統(tǒng)包括：生物電信號采集器，處理忍片，信號轉(zhuǎn)換器，外動力機(jī)械；外動力機(jī)械中 具有動力輸出裝置；
[0009] 所述動力驅(qū)動方法應(yīng)用于所述處理忍片，所述方法包括：
[0010] 獲取生物電信號采集器所采集的表面肌電信號；
[0011] 根據(jù)預(yù)置的出力意圖參數(shù)，確定所述表面肌電信號相應(yīng)的力矩值，其中，所述出力 意圖參數(shù)為預(yù)置的表面肌電信號的強(qiáng)度與動力輸出裝置的輸出力矩值的關(guān)聯(lián)關(guān)系；
[0012] 將所述力矩值輸出至信號轉(zhuǎn)換器，W便信號轉(zhuǎn)換器輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號至動力輸 出裝置。
[0013] 其中，所述關(guān)聯(lián)關(guān)系為線性關(guān)系。
[0014] 其中，所述動力驅(qū)動系統(tǒng)還包括：加速度采集器和角速度采集器；所述出力意圖 參數(shù)的確定過程包括：
[0015] 確定人體運動時，外動力機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和人體運動骨骼的整體轉(zhuǎn)動慣量；
[0016] 循環(huán)執(zhí)行如下步驟直至卡爾曼濾波器達(dá)到收斂條件，循環(huán)執(zhí)行的步驟為：設(shè)出力 意圖參數(shù)為卡爾曼濾波器的狀態(tài)變量，將每一時刻所采集的表面肌電信號作為卡爾曼濾波 器的激勵輸入，估計出每一時刻所述動力驅(qū)動系統(tǒng)的整體角加速度估計值；W所述整體角 加速度估計值和實際確定的整體角加速度值計算卡爾曼增益；通過所述卡爾曼增益修正所 述卡爾曼濾波器的狀態(tài)變量；
[0017] 在卡爾曼濾波器達(dá)到收斂條件時，將卡爾曼濾波器當(dāng)前的狀態(tài)變量確定為所述出 力意圖參數(shù)。
[0018] 其中，所述確定人體運動時，外動力機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和人體運動骨骼的整體轉(zhuǎn)動 慣量包括：
[0019] 在保持外動力機(jī)械的動力輸出裝置的輸出轉(zhuǎn)矩恒定時，確定每一刻由重力產(chǎn)生在 執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的阻力力矩，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對于水平面的姿態(tài)角度，從輸出轉(zhuǎn)矩中平衡掉每 一刻由重力產(chǎn)生在執(zhí)行機(jī)構(gòu)軸上的阻力力矩，得到整體轉(zhuǎn)動慣量與所測得的整體角加速度 的乘積；
[0020] 由所述乘積與整體角加速度，計算整體轉(zhuǎn)動慣量。
[0021] 其中，所述由所述乘積與整體角加速度，計算整體轉(zhuǎn)動慣量包括：
[0022] 根據(jù)公式
確定整體轉(zhuǎn)動慣量；其中，RotSys為整體轉(zhuǎn)動慣 量，RotSysi為i轉(zhuǎn)動角度下的計算的轉(zhuǎn)動慣量，i為0度至90度。
[0023] 其中，所述整體角加速度值的確定過程包括：
[0024] 根據(jù)公式Rotaccel= (Gy;ro(k)-Gy;ro(k-l))/Dt計算整體角加速度值，其中， Rotaccel為整體角加速度，Gyro化）為卡爾曼濾波器一次修正狀態(tài)變量的結(jié)束時刻的角速 率，Gyro(k-l)為卡爾曼濾波器一次修正狀態(tài)變量的開始時刻的角速率，化為卡爾曼濾波 器一次修正狀態(tài)變量的時間間隔。
[0025] 本發(fā)明實施例還提供一種外動力機(jī)械的動力驅(qū)動系統(tǒng)，包括：佩戴于人體的皮膚 表面的生物電信號采集器，與所述生物電信號采集器連接的處理忍片，與所述處理忍片連 接的信號轉(zhuǎn)換器，與所述信號轉(zhuǎn)換器連接的外動力機(jī)械；外動力機(jī)械中具有動力輸出裝 置；
[00%] 其中，所述生物電信號采集器，用于采集人體的表面肌電信號，并將采集的表面肌 電信號傳輸至處理忍片；
[0027] 所述處理忍片，用于接收生物電信號采集器所采集的表面肌電信號；根據(jù)預(yù)置的 出力意圖參數(shù)，確定所述表面肌電信號相應(yīng)的力矩值，其中，所述出力意圖參數(shù)為預(yù)置的表 面肌電信號的強(qiáng)度與動力輸出裝置的輸出力矩值的關(guān)聯(lián)關(guān)系；將所述力矩值輸出至信號轉(zhuǎn) 換器；
[0028] 所述信號轉(zhuǎn)換器，用于輸出與所述力矩值相應(yīng)的驅(qū)動信號至動力輸出裝置。
[0029] 其中，所述關(guān)聯(lián)關(guān)系為線性關(guān)系。
[0030] 其中，所述動力驅(qū)動系統(tǒng)還包括：安裝于人體肌肉控制位置的骨骼外表面的加速 度采集器，和安裝于人體肌肉控制位置的骨骼外表面的角速度采集器；
[0031] 所述處理忍片還用于：
[0032] 確定人體運動時，外動力機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和人體運動骨骼的整體轉(zhuǎn)動慣量；
[0033] 循環(huán)執(zhí)行如下步驟直至卡爾曼濾波器達(dá)到收斂條件，循環(huán)執(zhí)行的步驟為：設(shè)出力 意圖參數(shù)為卡爾曼濾波器的狀態(tài)變量，將每一時刻所采集的表面肌電信號作為卡爾曼濾波 器的激勵輸入，估計出每一時刻所述動力驅(qū)動系統(tǒng)的整體角加速度估計值；W所述整體角 加速度估計值和實際確定的整體角加速度值計算卡爾曼增益；通過所述卡爾曼增益修正所 述卡爾曼濾波器的狀態(tài)變量；
[0034] 在卡爾曼濾波器達(dá)到收斂條件時，將卡爾曼濾波器當(dāng)前的狀態(tài)變量確定為所述出 力意圖參數(shù)。
[0035] 其中，所述處理忍片在確定整體轉(zhuǎn)動慣量方面，具體用于，在保持外動力機(jī)械的動 力輸出裝置的輸出轉(zhuǎn)矩恒定時，確定每一刻由重力產(chǎn)生在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的阻力力矩，根據(jù)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)相對于水平面的姿態(tài)角度，從輸出轉(zhuǎn)矩中平衡掉每一刻由重力產(chǎn)生在執(zhí)行機(jī)構(gòu)軸上 的阻力力矩，得到整體轉(zhuǎn)動慣量與所測得的整體角加速度的乘積；由所述乘積與整體角加 速度，計算整體轉(zhuǎn)動慣量。
[0036] 基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例通過預(yù)置表面肌電信號的強(qiáng)度與動力輸出裝置 的輸出力矩值的關(guān)聯(lián)關(guān)系的出力意圖參數(shù)，W人體控制外動力機(jī)械時產(chǎn)生的表面肌電信 號，作為動力驅(qū)動的依據(jù)，實現(xiàn)當(dāng)前需驅(qū)動的動力的力矩值的確定，而后由信號轉(zhuǎn)換器輸出 與所述力矩值相應(yīng)的驅(qū)動信號至動力輸出裝置，實現(xiàn)對外動力機(jī)械的動力驅(qū)動；由于表面 肌電信號較易于采集，因此通過表面肌電信號控制外動力機(jī)械的動力驅(qū)動較為實用，同時， 出力意圖參數(shù)的學(xué)習(xí)相比于腦電控制算法較為簡便，因此本發(fā)明實施例提供的外動力機(jī)械 的動力驅(qū)動方法，可實現(xiàn)實用、簡便且不受干擾的對外動力機(jī)械進(jìn)行動力驅(qū)動。
【附圖說明】
[0037] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[003引圖1為本發(fā)明實施例提供的外動力機(jī)械的動力驅(qū)動方法的流程圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明實施例提供的外動力機(jī)械的動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明實施例提供的外動力機(jī)械的動力驅(qū)動系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)示意圖
[0041] 圖4為本發(fā)明實施例提供的外動力機(jī)械的動力驅(qū)動系統(tǒng)的再一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明實施例提供的確定出力意圖參數(shù)的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅