体姿态的数据(包括躯干倾角、脚底压力等)进行实时监控和分析，判断上述数据是否超出正常范围。当用户出现重心不稳或摔倒等突发情况，控制模块11会检测到上述数据超出正常范围，这时将立即采取应对措施，确保用户安全。譬如，重心不稳时会控制机械腿停止动作，摔倒时会通过语音模块16发出警报求助。
[0129]3、可以支持特殊用户。现有下肢康复装置大多只起辅助承力作用，需要用户有一定下肢力量，而本发明所述的外骨骼机械腿康复装置可支撑用户整个身体，下肢无力的用户亦可使用。
[0130]4、可以实现多种功能。现有下肢康复装置只为用户的主动动作提供辅助，而本发明的外骨骼机械腿康复装置可根据用户的重心偏移等姿态触发并带动用户的身体完成站立、坐下、行走等动作。
[0131]5、安全保证性高。本发明的康复装置行走控制方法中，定义的所有状态处于一个闭环当中，所有其他未定义状态均为异常状态，其稳定性和安全性得到很大保障。
[0132]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1.一种可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于包括如下步骤: 1)第一步迈出左或右脚: 控制模块根据收到倾角传感器和脚底的压力传感器传来的数据，判断系统目前状态满足切换条件C1或C2，控制模块控制电机转动，带动大腿支架和小腿支架迈出左脚或右脚;若在指定时间T内没有同时检测到倾角传感器和双脚压力传感器大小的变化，控制模块根据倾角传感器和压力传感器传来的数据，判断系统目前状态不满足切换条件，则初始化步态的进程停止，用户继续维持在双脚平行站立状态； 所述C1:Z膝=170?180°，Z髋=170?180°，Z前后=+5° ?+15°，Z絲=-10° ?+10°，(Fpr-Fpi)/Fpi>80%，於>0且|Fq-F。継r | /Fc>40% ; Cl表示双脚平行状态下跨左脚； 所述C2:Z膝=170?180°，Z髋=170?180°，Z前后=+5° ?+15°，Z絲=-10° ?+10°，(Fp1-Fpr)/Fpr>80%，Fc>0且 |Fc1-Fcr|/Fc>40% ;C2表示双脚平行状态下跨右脚; 所述指定时间T由用户的熟练度来决定，!~的取值为2-5s; 2)持续行走控制: 如果控制模块根据倾角传感器和压力传感器传来的数据，判断系统目前状态满足切换条件C3或C5，控制模块将控制髋部电机和膝部电机转动，带动大腿支架和小腿支架向前迈出右脚或左脚；所述C3:Z膝=170?180°，Z髋=170?180° 前后=+5°?+15°，Z&&=-10°?+10° ; (Fp1-Fpr)/Fpr 80%)；Fg>0且I Fc1-Fcr I /Fc>40% ；C3表示处于左脚前右脚后状态跨右脚；所述C5:Z膝=170?180。，Z髋=170?180。前后=+5。?+15。，Z站=-10。?+10。；(Fpr-FPi)/FPi>80% ;FC>0且|Fa-Fcr|/Fc>40% ;C5表示处于右脚前左脚后状态跨左脚； 如果控制模块根据倾角传感器和压力传感器传来的数据，判断系统目前状态满足状态切换条件C4或C6，则步态维持进程停止，控制模块将控制左腿髋部电机、右腿髋部电机、左腿膝部电机和右腿膝部电机转动，带动大腿支架和小腿支架向后收回左或右脚，使用户回到双脚平行站立姿;所述C4: Z膝=170?180°，Z髋=170?180° ,0°<Zjf-Z||<50 ； Z前后=-5°?+5°，Z&&=-10° ?+10° ;(Fpr-FPi)/FPi>80% ;FC>0且 | FCi_Fcr |/Fc>40% ； C4表示处于左脚前右脚后状态收左脚;所述C6:Z膝=170?180°，Z髋=170?180°，0°〈Z膝-Z髋〈5° ; Ζ.= +5° ?+10°，Ζ&&=-10?0° ;(FP1-Fpr)/Fpr>80% ;FC>0且 | FCi_Fcr |/Fc>40% ;C6表示处于右脚前左脚后状态收右脚； 如果控制模块根据倾角传感器和压力传感器传来的数据，判断系统不满足C1-C6中任一个状态切换条件，控制模块停止步态初始化进程或者步态维持进程，发出警报； 所述Z髓为躯干支架与大腿支架之间角度;所述Z膝为大腿支架与小腿支架之间角度；所述Z前后为以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；2??为以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；G为用户体重;Fc为去除拐杖自身重力，左右拐杖触地端所受总压力;Fa为左拐杖压力，Fcr为右拐杖压力;Fp为左右脚底总压力;Fpl为左脚单独压力;Fpr为右脚单独压力。2.根据权利要求1所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，所述控制模块根据收到倾角传感器和脚底的压力传感器传来的数据是在用户使用腕表选择“站立”运动模式后进行。3.根据权利要求1所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，所述控制模块控制电机转动，带动大腿支架和小腿支架迈出左或右脚通过如下方式实现: 1)迈右脚:控制模块控制右腿髋部电机以加速度aO从静止匀加速至速度vO，然后以恒定速度vO转动，带动用户躯干与大腿产生相对角度运动，使Zia减小；同时右腿膝部电机开始以加速度ax从静止匀加速至速度V1，以恒定速度V1转动，带动大腿与小腿产生相对角度运动，使Za*减小，直至控制模块检测到Ζ；?=145?140°，控制右腿膝部电机以加速度-m匀减速至静止； 右腿髋部电机持续转动，直至控制模块检测到Ζ??=165?160°，控制右腿膝部电机反向转动，以加速度&1匀加速至速度至^，以恒定速度V1转动，带动大腿与小腿产生相对角度运动，使Ζ權增大； 控制模块持续检测Ζ??ι，直至检测到Ζ??=160?157°，控制右腿髋部电机以加速度-ao勾减速至静止;膝部电机持续以恒定速度Vi转动，直至控制模块检测到170?180°，控制右腿膝部电机以加速度-ax匀减速至静止，迈步动作结束，用户进入右脚前左脚后； 2)迈左脚:迈出左脚与迈出右脚不同之处在于迈出左腿时转动的电机是用户左腿髋部电机和左腿膝部电机，检测的角度为用户左腿髋关节角度和膝关节角度。4.根据权利要求1所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，所述带动大腿支架和小腿支架向后收回左或右脚通过如下方式实现: 1)收左脚:左腿膝部电机以加速度al从静止匀加速至vl，然后恒定速度vl转动，使Za*减小，直至控制模块检测到145?140°时，左腿膝部电机以加速度-al减速至静止并随后以加速度al加速至vl后以恒定速度vl转动，直至控制模块检测到2纖=170?180°，左腿膝部电机以加速度_al减速至静止;在左腿膝部电机转动的同时，左腿髋部电机以加速度aO加速至vO后保持速度不变，直至控制模块检测到Z細=170?180°时，左腿髋部电机以加速度_a0减速至静止； 2)收右脚:收右脚与收左脚不同之处在于收右脚时转动的电机是用户右腿髋部电机和右腿膝部电机，检测的角度为用户右腿髋关节角度和膝关节角度。5.根据权利要求1所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，所述判断系统不满足C1-C6中任一个状态切换条件表示用户正处于跌倒姿态或者其他未定义姿态;压力值、躯干倾角值或电机转角值参数超出界定范围达到1 s，控制模块判别为“异常状态”，控制模块将对用户执行保护措施，直至收到进一步的指令以解除“异常状态”；所述保护措施包括:用户重心不稳时，控制电机停止转动，或反向转动使用户重新变回坐姿;用户摔倒时，控制语音模块发出警报以请求他人救援。6.根据权利要求1所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，所述传感器包括左腿髋部电机角度传感器、右腿髋部电机角度传感器、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和躯干倾角传感器;控制模块分别与左腿髋部电机角度传感器、右腿髋部电机角度传感器、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和躯干倾角传感器连接;所述控制模块还分别与左腿髋部电机、右腿髋部电机、左腿膝部电机和右腿膝部电机连接。7.根据权利要求1所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，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髋部电机连接;髋部电机的定子与躯干支架固定，髋部电机的转子与大腿支架固定;大腿支架与小腿支架分别与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。8.根据权利要求1所述的可可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法，其特征在于，所述aO取值为15°?20° /s2 ；所述vO取值为15°?20° /s ；所述al取值为60°?65° /s2 ；所述vl取值为20°?25°/s。
【专利摘要】本发明公开了一种可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的行走控制方法。该方法包括第一步迈出左或右脚和持续行走控制，第一步迈出左或右脚是控制模块根据收到倾角传感器和脚底的压力传感器传来的数据，判断系统目前状态满足切换条件C1或C2，控制模块控制电机转动，带动大腿支架和小腿支架迈出左脚或右脚；持续行走控制包括控制模块根据倾角传感器和压力传感器传来的数据，判断系统目前状态满足切换条件C3或C5，以及满足状态切换条件C4或C6，或者不满足上述条件的处理。对于下肢重度瘫痪的用户，本发明能让用户重新用自己的双脚站起来，进行简单的散步，具备一定的自理能力，还能帮助用户减缓腿部肌肉的萎缩；帮助下肢正常功能的恢复。
【IPC分类】A61H3/00, A61H1/02
【公开号】CN105456000
【申请号】CN201510766033
【发明人】史景伦, 佘翰笙, 阳南珍, 沈丹彤, 王志威
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月10日