本申請涉及外骨骼，具體而言，涉及一種外骨骼膝關節(jié)助力控制方法、裝置及電子設備。

背景技術：

1、外骨骼系統(tǒng)是一種將人的智能和機器的負載能力相結合，來實現(xiàn)對人體能力進行增強的人機智能系統(tǒng)。人體協(xié)同實時助力控制技術是外骨骼系統(tǒng)的關鍵技術之一，直接決定了外骨骼系統(tǒng)人機一體的協(xié)同舒適性和助力柔順性。目前外骨骼的助力控制方法主要包括：基于人工智能的助力控制方法，這種方法存在算法復雜性高、對設備要求高、工程應用難度高等問題；另一種是通過步態(tài)識別預先規(guī)劃控制軌跡的，但在戶外環(huán)境復雜環(huán)境中，人體下肢姿態(tài)角度高動態(tài)變化，大大降低了外骨骼系統(tǒng)的步態(tài)識別準確性、助力控制精準性和實時性，魯棒性較差。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請實施例所解決的技術問題之一在于提供一種外骨骼膝關節(jié)助力控制方法、裝置及電子設備，解決了復雜環(huán)境下步態(tài)識別準確性差、助力控制精準性低的問題。

2、本申請實施例第一方面，公開了一種外骨骼膝關節(jié)助力控制方法，該方法包括：

3、獲取來自imu慣性測量系統(tǒng)的人體下肢的運動姿態(tài)數(shù)據(jù)；

4、對運動姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，得到對應的相角；

5、利用相角對應的助力規(guī)劃算法對相角進行力矩估計，得到膝關節(jié)的期望控制力矩；

6、依據(jù)預設的反饋ipd閉環(huán)控制算法和期望控制力矩對膝關節(jié)進行助力控制。

7、本申請實施例第二方面，公開了一種外骨骼膝關節(jié)助力控制裝置，該裝置包括：

8、姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取來自imu慣性測量系統(tǒng)的人體下肢的運動姿態(tài)數(shù)據(jù)；

9、相角數(shù)據(jù)確定模塊，用于對運動姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，得到對應的相角；

10、期望力矩確定模塊，用于利用相角對應的助力規(guī)劃算法對相角進行力矩估計，得到膝關節(jié)的期望控制力矩；

11、關節(jié)助力控制模塊，用于依據(jù)期望控制力矩和預設的力反饋ipd閉環(huán)控制算法對膝關節(jié)進行助力控制。

12、本申請實施例第三方面，公開了一種電子設備，該電子設備包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器中并可在處理器上運行的計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)上述方法的步驟。

13、本申請實施例第四方面，公開了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述方法的步驟。

14、本申請有以下優(yōu)點：通過對來自imu慣性測量系統(tǒng)的人體下肢的運動姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，將處理得到的膝關節(jié)姿態(tài)角度轉換為相角，并在確定相角對應的助力規(guī)劃算法對相角進行力矩估計，得到膝關節(jié)的期望控制力矩，從而依據(jù)期望控制力矩和預設的力反饋ipd閉環(huán)控制算法對膝關節(jié)進行助力控制，這種將姿態(tài)信息融合并轉換為相角來選定對應的期望助力規(guī)劃輸入的方式，起到了對屈膝或伸膝階段的助力期望進行適合約束的效用，實現(xiàn)了無需對步態(tài)相位進行識別與詳細分類，即可按照期望的助力控制力矩來進行助力控制，達到模擬運動過程中肌肉做功過程的目的，證行走運動過程中負載的高效傳遞，解決了現(xiàn)有技術中復雜環(huán)境下步態(tài)識別準確性差、助力控制精準性低的問題，起到了對人體的柔順助力效果，提升了外骨骼對復雜環(huán)境的適應能力。

技術特征：

1.一種外骨骼膝關節(jié)助力控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述運動姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，得到對應的相角，包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述將所述第一角度和所述角速度進行濾波平滑處理后轉換為相角，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述相角對應的助力規(guī)劃算法對所述相角進行力矩估計，得到膝關節(jié)的期望控制力矩，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述依據(jù)預設的第一助力算法對所述相角進行計算，得到第一期望控制力矩，還包括：

7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，檢測到膝關節(jié)存在抖動現(xiàn)象，包括：

8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述依據(jù)預設的反饋ipd閉環(huán)控制算法和所述期望控制力矩對膝關節(jié)進行助力控制，包括：

9.一種外骨骼膝關節(jié)助力控制裝置，其特征在于，包括：

10.一種電子設備，其特征在于，包含處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有計算機可讀指令，所述處理器用于運行所述計算機可讀指令，其中，所述計算機可讀指令運行時執(zhí)行權利要求1至8中任意一項所述的方法。

技術總結
本申請涉及外骨骼技術領域，具體涉及一種外骨骼膝關節(jié)助力控制方法、裝置及電子設備。其中方法包括：獲取來自IMU慣性測量系統(tǒng)的人體下肢的運動姿態(tài)數(shù)據(jù)；對運動姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，得到對應的相角；利用相角對應的助力規(guī)劃算法對相角進行力矩估計，得到膝關節(jié)的期望控制力矩；依據(jù)期望控制力矩和預設的力反饋IPD閉環(huán)控制算法對膝關節(jié)進行助力控制。解決了現(xiàn)有技術中復雜環(huán)境下步態(tài)識別準確性差、助力控制精準性低的問題，起到了對人體的柔順助力效果，提升了外骨骼對復雜環(huán)境的適應能力。

技術研發(fā)人員：宋定安,胡靜,楊義光,肖新華,李陽陽,齊維偉,郭超,梁曉桂
受保護的技術使用者：貴州航天控制技術有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9