基于脚部压力传感器的康复装置的行走触发控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种康复装置的行走触发控制方法，特别是设及一种基于脚部压力传 感器的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走触发控制方法，属于康复工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于经济技术的快速发展，交通运输工具越来越多，据相关调查数据显 示，中国的交通事故率是发达国家的8倍，因交通事故而造成神经中枢损伤或者肢体损伤 的人数一直呈上升趋势。同时，随着人民生活水平的提高，目前患屯、脑血管疾病或神经系统 疾病的人越来越多，而且在年龄上也呈现年轻化趋势，运类患者多数伴有偏擁症状。对完全 擁痕的患者而言，纯粹的药物治疗和手术治疗无法使患者彻底康复，因此，需要借助康复工 程的手段去改善或代替擁痕病人失去的功能。可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置，穿戴在 使用者下肢及腰背部，为操作者提供诸如助力、保护、身体支撑等功能，同时又融合了传感、 控制、信息获取、移动计算等机器人技术，使得该康复装置能在用户的控制下完成一定的功 能和任务，是典型人机一体化系统。运种行走助力装置可W减少截擁病人长期邸床或者坐 轮椅引起的压疮和肌肉萎缩等疾病，帮助他们站立和行走，提高其生活质量，并减轻患者家 庭和社会的经济负担，研究开发更符合用户体验的更安全可靠的可穿戴式康复机器人外骨 骼助力装置具有十分重要的实际意义。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种基于脚部压力传感器的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的 行走触发控制方法，使其从平行站立姿态向持续行走姿态转换。
[0004] 本发明目的通过如下技术方案实现：
[0005] 基于脚部压力传感器的康复装置的行走触发控制方法，包括如下步骤：
[0006] 1)平行站立姿态的判断：控制模块分析处理传感器采集到的数据，判断是否同时 满足W下4个条件：C1 :/巧=-日叫紫Z'邱=谭哨VC2;Zs=I现护1湖S，Z? = 17￡T1卽s;C3:|Fpi-FprI/ Fp<10% ;C4 :Fc〉0, |F" -Fj/Fc巧％ ;若控制模块检测到传感器数据同时满足条件Cl、C2、 C3、C4,则用户处于平行站立姿态；若不满足上述4个条件中的任一条件，则不是平行站立 姿态；
[0007] 2)行走触发条件的判断：控制模块分析处理传感器采集到的数据，判断是否满 足W下条件：C5 : . .=+59~+15S，/ =-1〇9~+1日9;C6 :Fpi〉〉Fpr或C7 :Fpi<O^Pr;C8 :Fc〉〇， Fci〉F"或C9 :Fc〉〇，Fci<F";若同时满足条件巧^6、〔8，则满足先迈右腿的触发条件；若同时 满足条件巧、C7、C9,则满足先迈左腿的触发条件；若未同时满足条件巧、C6、C8或未同时 满足条件巧、C7、C9,控制模块持续检测传感器数据，判断用户姿态；
[0008] 3)行走触发控制：若控制模块检测到用户满足迈右腿的触发条件，控制模块向右 髓电机和右膝电机发出指令，执行迈右腿动作：髓部电机开始W加速度a。从静止匀加速至 速度V。，然后W速度V。转动，带动用户躯干与大腿产生相对角度运动，使躯干支架与大腿支 架之间角度减小；同时膝部电机开始W加速度ai从静止匀加速至速度V1，然后W速度Vi转动，带动大腿与小腿产生相对角度运动，使大腿支架与小腿支架之间的角度Z??减小， 直至控制模块检测到:.= 1459~14〇9,控制膝部电机W加速度-曰1匀减速至静止；髓部电机 持续转动，直至控制模块检测到^揣=控制膝部电机反向转动，W加速度曰1匀加 速至速度至Vi,然后W速度Vi转动，带动大腿与小腿产生相对角度运动，使大腿支架与小 腿支架之间的角度增大；控制模块持续检测Z$||，直至检测到。=16〇9~1559,控制 髓部电机W加速度-a。匀减速至静止；膝部电机持续W速度V1转动，直至控制模块检测到 Z觸a7〇9'"l759,控制膝部电机W加速度-a巧减速至静止，迈步动作结束，用户进入右脚前 左脚后姿态；
[0009] 若控制模块检测到用户满足迈左腿的触发条件，控制模块向左髓电机和左膝电机 发出指令，执行迈左腿动作，直至动作结束，进入左脚前右脚后状态；执行迈左腿动作与迈 右腿动作相同为左右腿互换，控制方式相同；
[0010] 4)控制模块继续检测判断躯干倾角、脚底压力和拐杖压力传感器的数据，进入步 态维持状态；
[0011] 所述为躯干前后倾角；所述为躯干左右倾角；Fpi为左脚单独压力；Fh为 右脚单独压力；Fu为左拐杖压力；F为右拐杖压力；Fe为去除拐杖自身重力后的两拐杖压 力和；为大腿支架与小腿支架之间的夹角；Z?为大腿支架与躯干支架之间的夹角；Zt 为左膝关节角度；为右膝关节角度；为左髓关节角度；^$11为右髓关节角度。
[0012] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述为W躯干垂直地面为基准，躯干前后 倾斜的角度，前倾为正，后倾为负。所述Zt$为W躯干垂直地面为基准，躯干左右倾斜的角 度；左倾为正，右倾为负。
[0013] 优选地，若初始状态不满足平行站立姿态的条件，控制中屯、向语音模块发出消息， 提醒用户调整姿态，直至检测到用户为平行站立姿态；用户根据语音提示中的具体操作指 引调整身体姿态；若条件Cl未满足，语音模块提示用户"请保持躯干直立，不要向左右倾斜 或向前后倾斜";若条件C2未满足，语音模块提示用户"请保持双腿直立，调整左髓左膝或右 髓右膝关节角度";若条件C3未满足，语音模块示用户"请使双脚均匀受力";若条件C4未 满足，语音模块提示用户"请使用拐杖，并使两拐杖均匀受力"。
[0014] a。为髓部电机开始转动的加速度，-a。为髓部电机结束转动的加速度，Bi为膝部 电机开始转动的加速度，-?为膝部电机结束转动的加速度，V。为髓部电机的转动速度， Vi为膝部电机的转动速度，a。、ai、V。、Vi的数值均由测量下肢健全者行走过程中的关节转 速所得，且与可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置所使用的电机参数有关。优选地，所述a。 的取值为:;〇9/s2…4〇9/s2,曰1的取值为1魄皆妒12觀恕，V。的取值为額9/s叫蹤备:，Vi的取值为 7〇9/s~8〇9/s,
[0015] 优选地，所述控制模块分别与左腿髓部电机角度传感器、右腿髓部电机角度传感 器、左腿膝部电机角度传感器、右腿膝部电机角度传感器、左脚脚底压力传感器、右脚脚底 压力传感器、左腿髓部电机、躯干倾角传感器、右腿髓部电机、左腿膝部电机和右腿膝部电 机连接。
[0016] 优选地，所述康复装置的躯干支架绑定在用户上身；大腿支架绑定在用户大腿上， 小腿支架绑定在用户小腿上；脚部支撑板设置在用户脚底；躯干支架与大腿支架通过髓部 电机连接；髓部电机的定子与躯干支架固定，髓部电机的转子与大腿支架固定；大腿支架 与小腿支架分别膝部电机的定子和转子连接；膝部电机连接着大腿支架与小腿支架并控制 两者相对角度运动；小腿支架与脚部支撑板活动连接。
[0017] 相对于现有技术，本发明具有如下优点：
[0018] 1)本发明采