本發(fā)明涉及外骨骼機器人，具體涉及多肢體外骨骼行走平衡控制方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、外骨骼機器人作為一種穿戴式輔助工具，正在越來越多地被用于弱能人群的行走輔助，考慮機器人體積、重量和成本等因素，目前大多數(shù)外骨骼機器人采用主被動結(jié)合的形式，只在特定的關(guān)節(jié)對穿戴者進(jìn)行輔助，難以通過機器人自身保持平衡，加之弱能人群在身體機能、感知、判斷和反應(yīng)能力方面的不足，大多數(shù)外骨骼機器人難以滿足穿戴者行走平衡的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，本發(fā)明提出多肢體外骨骼行走平衡控制方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、多肢體外骨骼行走平衡控制方法，包括：從各類傳感器中獲取傳感信息；根據(jù)傳感信息計算得到整體的零力矩點坐標(biāo)；根據(jù)傳感信息和區(qū)域界定方法計算得到穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域；判斷零力矩點坐標(biāo)是否在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)；獲取機器人的相位狀態(tài)；當(dāng)零力矩點坐標(biāo)不在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)，根據(jù)相位狀態(tài)控制機器人執(zhí)行平衡輔助模式。通過獲取傳感信息可精確計算穿戴者的零力矩點坐標(biāo)，并確定穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域，當(dāng)零力矩點不在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)，能根據(jù)機器人相位狀態(tài)執(zhí)行平衡輔助模式，確保穿戴者安全，該方法依據(jù)傳感信息中穿戴者的行走狀態(tài)和所處環(huán)境得出機器人的相位狀態(tài)，并準(zhǔn)確判斷穿戴者的平衡狀態(tài)，使機器人可根據(jù)穿戴者重心變化快速做出平衡策略，而且計算過程簡單，對控制系統(tǒng)軟硬件要求較低，降低了成本和技術(shù)難度，無論是在日常生活還是特殊工作環(huán)境中，都能為穿戴者提供可靠的平衡輔助，提升行動的安全性和穩(wěn)定性。

4、進(jìn)一步地，所述根據(jù)傳感信息計算得到整體的零力矩點坐標(biāo)，包括：從傳感信息中獲取穿戴者的重量參數(shù)，以得到第一重量參數(shù)；根據(jù)設(shè)定參數(shù)將第一重量參數(shù)折算到各關(guān)節(jié)組件上，以得到第二重量參數(shù)；根據(jù)傳感信息計算各關(guān)節(jié)組件的位置坐標(biāo)；根據(jù)位置坐標(biāo)和第二重量參數(shù)計算整體重心坐標(biāo)；根據(jù)傳感信息、位置坐標(biāo)和整體重心坐標(biāo)計算整體的零力矩點坐標(biāo)。

5、從傳感信息精準(zhǔn)獲取穿戴者的重量參數(shù)，以得到第一重量參數(shù)，根據(jù)設(shè)定參數(shù)將第一重量參數(shù)折算到各關(guān)節(jié)組件上，形成第二重量參數(shù)，獲取各關(guān)節(jié)組件的位置坐標(biāo)，根據(jù)位置坐標(biāo)和第二重量參數(shù)計算整體重心坐標(biāo)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取和計算的準(zhǔn)確性與科學(xué)性，能依據(jù)穿戴者個體差異及不同姿態(tài)、活動動態(tài)追蹤穿戴者和機器人的重心變化；接著，借助各關(guān)節(jié)組件的位置坐標(biāo)、整體重心坐標(biāo)和傳感信息，通過科學(xué)計算得出零力矩點坐標(biāo)。這一過程實現(xiàn)了對相關(guān)重要參數(shù)的精確掌握與有效利用，能夠為穿戴者在活動中的平衡狀態(tài)評估、運動姿態(tài)調(diào)整等提供有力依據(jù)。

6、進(jìn)一步地，所述根據(jù)傳感信息和區(qū)域界定方法計算得到穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域，包括：從傳感信息中獲取機器人與地面接觸點的坐標(biāo)，以得到地面接觸點坐標(biāo)；根據(jù)地面接觸點坐標(biāo)和區(qū)域界定方法計算得到穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域。通過精準(zhǔn)確定與機器人相關(guān)的特定區(qū)域，為后續(xù)分析提供明確的空間范圍界定，其次，此穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域可作為重要參照，比如在評估機器人的穩(wěn)定性時，可對比其與實際支撐狀態(tài)的關(guān)系，有助于及時發(fā)現(xiàn)潛在失衡風(fēng)險。

7、進(jìn)一步地，所述當(dāng)零力矩點坐標(biāo)不在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)，根據(jù)相位狀態(tài)控制機器人執(zhí)行平衡輔助模式，包括：

8、當(dāng)零力矩點坐標(biāo)不在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)，對相位狀態(tài)進(jìn)行類型判斷，相位狀態(tài)包括單腿支撐相和雙腿支撐相，平衡輔助模式包括單腿支撐平衡輔助模式和雙腿支撐平衡輔助模式；

9、當(dāng)相位狀態(tài)為單腿支撐相，控制機器人執(zhí)行單腿支撐平衡輔助模式；

10、當(dāng)相位狀態(tài)為雙腿支撐相，控制機器人執(zhí)行雙腿支撐平衡輔助模式。

11、通過判斷零力矩點坐標(biāo)與穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域的關(guān)系，并對相位狀態(tài)進(jìn)行類型判斷，明確了單腿支撐相和雙腿支撐相兩種狀態(tài)及對應(yīng)的平衡輔助模式，這樣能在不同情況下精準(zhǔn)控制機器人采取相應(yīng)輔助模式，提升了機器人對不同支撐狀態(tài)的適應(yīng)性，可及時應(yīng)對可能出現(xiàn)的失衡風(fēng)險，確保機器人在各種運動狀態(tài)下保持穩(wěn)定，提高了機器人行動的安全性和可靠性，為機器人的實際應(yīng)用提供了有效的平衡保障策略。

12、進(jìn)一步地，所述當(dāng)相位狀態(tài)為單腿支撐相，控制機器人執(zhí)行單腿支撐平衡輔助模式，包括當(dāng)相位狀態(tài)為單腿支撐相，根據(jù)單腿支撐相、位置坐標(biāo)、整體重心坐標(biāo)和運動學(xué)模型預(yù)測整體重心運動軌跡；根據(jù)整體重心運動軌跡計算出整體重心的速度向量，以得到第一速度向量；將第一速度向量轉(zhuǎn)換為方向角，以得到第一運動方向；獲取傳感信息中穿戴者上半身與腿部的夾角，以得到第一傾倒角度；計算第一運動方向與地面的夾角，以得到第二夾角；判斷第一傾倒角度是否超過預(yù)設(shè)第一閾值；判斷第二夾角是否超過預(yù)設(shè)第二閾值；當(dāng)?shù)谝粌A倒角度超過第一閾值且第二夾角超過第二閾值，生成存在傾倒風(fēng)險的判斷結(jié)果，以得到第一判斷結(jié)果；對第一判斷結(jié)果進(jìn)行結(jié)果分析；當(dāng)存在傾倒風(fēng)險，判斷第一傾倒角度是否超過預(yù)設(shè)第三閾值；當(dāng)?shù)谝粌A倒角度超過第三閾值，控制擺動腿落下，并根據(jù)第一傾倒角度計算得到第一傾倒方向，控制自由肢體向第一傾倒方向移動；當(dāng)?shù)谝粌A倒角度未超過第三閾值，根據(jù)第一傾倒角度計算得到第二傾倒方向，控制自由肢體向第二傾倒方向移動。在單腿支撐相下，通過運動學(xué)模型等一系列操作，能精準(zhǔn)預(yù)測整體重心運動軌跡及相關(guān)參數(shù)，如速度向量、方向角等，還可獲取關(guān)鍵夾角，通過與預(yù)設(shè)閾值對比判斷，可及時生成傾倒風(fēng)險結(jié)果并分析；依據(jù)傾倒角度與不同閾值關(guān)系，能針對性控制擺動腿及自由肢體動作，這有效提升了對穿戴者平衡狀態(tài)的監(jiān)測精度，可提前預(yù)判并精準(zhǔn)應(yīng)對傾倒風(fēng)險，保障穿戴者行動的安全性與穩(wěn)定性。

13、進(jìn)一步地，所述當(dāng)相位狀態(tài)為雙腿支撐相，控制機器人執(zhí)行雙腿支撐平衡輔助模式，包括：當(dāng)相位狀態(tài)為雙腿支撐相，獲取傳感信息中的穿戴者上半身與腿部的夾角，以得到第二傾倒角度；根據(jù)第二傾倒角度計算得到第三傾倒方向；判斷第三傾倒方向是否為向前傾倒方向，生成第二判斷結(jié)果；當(dāng)?shù)谌齼A倒方向為向前傾倒方向，控制支撐腿向前邁步；當(dāng)?shù)谌齼A倒方向非向前傾倒方向，控制自由肢體向穿戴者后側(cè)移動支撐；根據(jù)第二判斷結(jié)果生成動態(tài)平衡控制指令，以完成將零力矩點坐標(biāo)調(diào)節(jié)在支撐范圍內(nèi)。通過獲取穿戴者上半身與腿部夾角得到第二傾倒角度并預(yù)測第三傾倒方向，能精準(zhǔn)判斷是否向前傾倒，生成第二判斷結(jié)果。據(jù)此，在向前傾倒時控制支撐腿邁步，非向前傾倒時讓自由肢體后側(cè)移動支撐，實現(xiàn)了針對性的平衡調(diào)控。最終依據(jù)判斷結(jié)果生成動態(tài)平衡控制指令，有效將零力矩點坐標(biāo)調(diào)節(jié)在支撐范圍內(nèi)，極大提升了穿戴者在雙腿支撐狀態(tài)下的平衡穩(wěn)定性與安全性。

14、進(jìn)一步地，多肢體外骨骼行走平衡控制裝置，包括：

15、傳感信息獲取模塊，用于從各類傳感器中獲取傳感信息；

16、零力矩點坐標(biāo)計算模塊，用于根據(jù)傳感信息計算得到整體的零力矩點坐標(biāo)；穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域計算模塊，用于根據(jù)傳感信息和區(qū)域界定方法計算得到穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域；坐標(biāo)位置判斷模塊，用于判斷零力矩點坐標(biāo)是否在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)；相位狀態(tài)獲取模塊，用于獲取機器人的相位狀態(tài)；平衡輔助模式執(zhí)行模塊，用于當(dāng)零力矩點坐標(biāo)不在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)，根據(jù)相位狀態(tài)控制機器人執(zhí)行平衡輔助模式。零力矩點坐標(biāo)計算模塊依傳感信息得出整體的零力矩點坐標(biāo)；穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域計算模塊確定穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域；坐標(biāo)位置判斷模塊能準(zhǔn)確判斷零力矩點坐標(biāo)與穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域關(guān)系；通過相位狀態(tài)獲取模塊掌握機器人相位狀態(tài)；平衡輔助模式執(zhí)行模塊在零力矩點不在區(qū)域內(nèi)時，依相位狀態(tài)控制機器人執(zhí)行平衡輔助模式；整體實現(xiàn)了對穿戴者平衡狀態(tài)的精準(zhǔn)判斷與快速響應(yīng)，計算簡單、要求低，能在多樣環(huán)境為穿戴者提供可靠平衡輔助，提升行動安全性與穩(wěn)定性。

17、進(jìn)一步地，多肢體外骨骼行走平衡控制設(shè)備，所述多肢體外骨骼行走平衡控制設(shè)備包括：存儲器和至少一個處理器，所述存儲器中存儲有指令；

18、至少一個所述處理器調(diào)用所述存儲器中的所述指令，以使得所述多肢體外骨骼行走平衡控制設(shè)備執(zhí)行如上述中任一項所述的多肢體外骨骼行走平衡控制方法的各個步驟。

19、進(jìn)一步地，一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有指令，其特征在于，所述指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述中任一項所述的多肢體外骨骼行走平衡控制方法的各個步驟。

20、本發(fā)明的多肢體外骨骼行走平衡控制方法的有益效果為：

21、通過獲取傳感信息可精確計算穿戴者的零力矩點坐標(biāo)，并確定穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域，當(dāng)零力矩點不在穩(wěn)定支撐多邊形區(qū)域內(nèi)，能根據(jù)機器人相位狀態(tài)執(zhí)行平衡輔助模式，確保穿戴者安全，該方法依據(jù)傳感信息中穿戴者的行走狀態(tài)和所處環(huán)境得出機器人的相位狀態(tài)，并準(zhǔn)確判斷穿戴者的平衡狀態(tài)，使機器人可根據(jù)穿戴者重心變化快速做出平衡策略，而且計算過程簡單，對控制系統(tǒng)軟硬件要求較低，降低了成本和技術(shù)難度，無論是在日常生活還是特殊工作環(huán)境中，都能為穿戴者提供可靠的平衡輔助，提升行動的安全性和穩(wěn)定性。