1.一種基于助力外骨骼機器人的運動狀態(tài)判別方法,其特征在于,所述助力外骨骼機器人的髖關(guān)節(jié)安裝有角度傳感器,所述助力外骨骼機器人的足底踏板的上下兩面均安裝有壓力傳感器,所述運動狀態(tài)判別方法包括:
采用所述角度傳感器和所述壓力傳感器采集當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機;
根據(jù)當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)采集到的所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右計算得出當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右;
根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右,人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,所述人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)人體的運動狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的運動狀態(tài)判別方法,其特征在于,所述根據(jù)當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)采集到的所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右計算得出當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右之前還包括:
對采集到的當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波處理。
3.如權(quán)利要求1所述的運動狀態(tài)判別方法,其特征在于,所述根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右,人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,所述人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)人體的運動狀態(tài)包括:
根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右識別出當(dāng)前步態(tài)周期的行走模式,所述行走模式包括行走態(tài)、跑步態(tài)以及起坐態(tài);
根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,所述人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)在所述行走模式下人體的運動步態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的運動狀態(tài)判別方法,其特征在于,所述根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右識別出當(dāng)前步態(tài)周期的行走模式包括:
若所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右的絕對值均小于第一加速度閾值,則當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的行走模式為行走態(tài);
若所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右的絕對值均大于第一加速度閾值并小于第二加速度閾值,則當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的行走模式為跑步態(tài);
若所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右均為零,則當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的行走模式為起坐態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的運動狀態(tài)判別方法,其特征在于,所述根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,所述人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)在所述行走模式下人體的運動步態(tài)具體包括:
計算所述人體左足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人和所述助力外骨骼機器人的左足底踏板對地的壓力F左機的第一比值;
計算所述人體左足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人和所述助力外骨骼機器人的左足底踏板對地的壓力F左機的第二比值;
計算所述人體左、右足對所述助力外骨骼機器人的壓力之和與所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力之和的第三比值;
計算人體重力與人體重力和所述助力外骨骼機器人的重力之和的第四比值;
根據(jù)所述第一比值、所述第二比值、所述第三比值、所述第四比值、所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右以及預(yù)先配置的運動步態(tài)識別策略識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)在所述行走模式下人體的行走步態(tài)。
6.一種基于助力外骨骼機器人的運動狀態(tài)判別系統(tǒng),其特征在于,所述助力外骨骼機器人的髖關(guān)節(jié)安裝有角度傳感器,所述助力外骨骼機器人的足底踏板的上下兩面均安裝有壓力傳感器,所述運動狀態(tài)判別系統(tǒng)包括:
數(shù)據(jù)采集單元,用于采用所述角度傳感器和所述壓力傳感器采集當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機;
加速度計算單元,用于根據(jù)當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)采集到的所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右計算得出當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右;
運動狀態(tài)識別單元,用于根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右,人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,所述人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)人體的運動狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的運動狀態(tài)判別系統(tǒng),其特征在于,還包括:
濾波處理單元,用于對采集到的當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波處理。
8.如權(quán)利要求6所述的運動狀態(tài)判別系統(tǒng),其特征在于,所述運動狀態(tài)識別單元包括:
行走模式識別子單元,用于根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右識別出當(dāng)前步態(tài)周期的行走模式,所述行走模式包括行走態(tài)、跑步態(tài)以及起坐態(tài);
運動步態(tài)識別子單元,用于根據(jù)所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右,所述人體左、右足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人、F右人以及所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力F左機、F右機識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)在所述行走模式下人體的運動步態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的運動狀態(tài)判別系統(tǒng),其特征在于,所述行走模式識別子單元具體用于:
若所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右的絕對值均小于第一加速度閾值,則當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的行走模式為行走態(tài);
若所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右的絕對值均大于第一加速度閾值并小于第二加速度閾值,則當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的行走模式為跑步態(tài);
若所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的加速度α左、α右均為零,則當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)的行走模式為起坐態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的運動狀態(tài)判別系統(tǒng),其特征在于,所述運動步態(tài)識別子單元具體用于:
計算所述人體左足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人和所述助力外骨骼機器人的左足底踏板對地的壓力F左機的第一比值;
計算所述人體左足底對所述助力外骨骼機器人的壓力F左人和所述助力外骨骼機器人的左足底踏板對地的壓力F左機的第二比值;
計算所述人體左、右足對所述助力外骨骼機器人的壓力之和與所述助力外骨骼機器人的左、右足底踏板對地的壓力之和的第三比值;
計算人體重力與人體重力和所述助力外骨骼機器人的重力之和的第四比值;
根據(jù)所述第一比值、所述第二比值、所述第三比值、所述第四比值、所述人體左、右髖關(guān)節(jié)的角度值φ左、φ右以及預(yù)先配置的運動步態(tài)識別策略識別所述當(dāng)前步態(tài)周期內(nèi)在所述行走模式下人體的行走步態(tài)。