一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法与流程

文档序号:24356053发布日期:2021-03-23 10:46阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,包括以下步骤:

s1、将惯性测量单元(1)布置于下肢关节连杆处,将关节角度测量单元(2)布置于下肢关节处;

s2、针对单个关节,获取下肢周期性运动中的惯性测量单元(1)测量的六轴数据以及关节角度测量单元(2)获取的关节角度angle;

得到每个采样时刻获取的运动数据列向量和关节角度标签向量vec'=[angle]

其中,accx为x轴加速度,accy为y轴加速度,accz为z轴加速度,gyrox为x轴角速度,gyroy为y轴角速度,gyroz为z轴角速度;

s3、通过实时滑动窗口连续获取当前运动数据帧pt=[vec1vec2vec3…vecn]和关节角度标签帧pt'=]vec'n],并构建关节运动规律数据库其中,n表示n个连续采样点序列长度,t表示当前采样点;

s4、将当前运动数据帧pt与关节运动规律数据库t中的历史帧序列进行匹配搜索,找到匹配度最高的历史帧pm,以采样点坐标m作为最佳匹配位置;

s5、以采样点m后的关节角度标签帧p′m+i的值作为t+i采样点时刻的关节角度预测值anglepredict,实现对当前采样点t后多个连续时刻的关节角度预测。

2.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,还包括s6,令所述t+i采样点时刻的关节角度预测值anglepredict满足以下关系:

angle'predict=anglet+w·(anglepredict-anglet)

将angle'predict作为最终关节角度预测值,其中,w为系数,w满足0<w<1,anglet为t采样点时刻的关节角度值。

3.根据权利要求2所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,系数w满足w=f(r),其中r为每次规律匹配过程中序列中相关度最高的值,w与r正相关。

4.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s1中,针对髋关节角度的预测,在髋关节与膝关节连杆上布置有惯性测量单元(1);对于膝关节角度的预测,膝关节与踝关节连杆上布置有惯性测量单元(1);所述惯性测量单元(1)包含加速度计和陀螺仪。

5.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s1中,角度测量仪(2)采用倾角仪或旋转角度仪。

6.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s2中,所述下肢周期性运动包括行走、跑步、上楼、下楼、上坡和下坡。

7.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s3中,通过6×n的滑动窗口windowslid实时滑动窗口连续获取当前运动数据帧,n小于单个运动周期的采样点数。

8.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s3中,在构建当前运动数据帧之前,需要判断历史采样点数是否不小于滑动窗口长度n,当历史采样点数不小于滑动窗口长度n时,开始构建运动数据帧。

9.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s4中,将当前运动数据帧pt与关节运动规律数据库t中的历史帧序列进行匹配搜索,获取每次匹配过程中当前运动帧pt与历史帧序列的相关度rk构成序列{rk|0<k<t},其中,关节运动规律数据库t中的历史帧序列为{pk|pk∈t,0<k<t},模板匹配中采用矩阵相关性计算或矩阵hash特征提取与汉明距离计算来计算运动帧之间的相关度。

10.根据权利要求9所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s4中,在匹配搜索过程中,设置搜索停止条件:次数限制qlimit和相关度阈值rthreshold,当搜索次数大于qlimit或相关度大于rthreshold时中止搜索。


技术总结
本发明公开了一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法:获取下肢运动规律;针对单个关节,获取下肢周期性运动中的六轴数据、关节角度angle,得到每个采样时刻获取运动数据列向量和关节角度标签向量;通过滑动窗口连续获取运动数据帧和关节角度标签帧,并构建关节运动规律数据库;将实时滑动窗口获取的当前运动帧与关节运动规律数据库中的历史帧序列匹配,找到匹配度最高的历史帧,以对应的采样点坐标作为最佳匹配位置;以该采样点后的关节角度标签帧的值作为下一个采样点时刻的关节角度预测值,实现对未来多个连续时刻的关节角度预测。本发明可有效改善当前可穿戴机器人跟随控制的滞后性,提高穿戴舒适感。

技术研发人员:徐海波;刘晓东;汪泽玮;王睿;刘力
受保护的技术使用者:西安交通大学
技术研发日:2020.11.11
技术公布日:2021.03.23
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