[发明专利]下肢助力外骨骼机器人步态模式识别方法及系统

权利要求书

1.一种下肢助力外骨骼机器人步态模式识别方法，其特征在于：

内嵌在下肢助力外骨骼机器人鞋底处的压力传感装置对穿戴者的脚底压力信息进行检测，通过信号调理电路、无线传输模块使数据处理模块获得脚底压力信息；

数据处理模块将获得的脚底压力信息与人体步态数据库内的行走模式进行比较匹配，判断得出行走模式，并对一个步态周期内的运动相进行识别，判断得出运动相位；

进行数据处理分析，匹配识别后的结果传输给下肢助力外骨骼机器人的控制系统，作为控制依据。

2.如权利要求1所述的下肢助力外骨骼机器人步态模式识别方法，其特征在于，数据库中存放有运动模式的特征参数，包括人体平地行走、楼梯行走、斜坡行走、跳跃、下蹲、跑步运动模式下的脚底力信息。

3.如权利要求1或2所述的下肢助力外骨骼机器人步态模式识别方法，其特征在于：对一个步态周期内的运动相位进行识别；

当后脚跟压力小于预设阈值，前脚掌压力逐渐增加时，表示穿戴者正在蹬离地面；

当前脚掌与后脚跟的压力均小于预设阈值时，表示穿戴者进入摆动腿工作模式阶段；

当后脚跟压力逐渐增大，而前脚掌压力小于预设阈值时，表示穿戴者进入脚跟着地阶段；

当后脚跟与前脚掌压力均大于预设阈值时，表示穿戴者进入支撑腿工作模式阶段。

4.一种实现权利要求1-3任一项所述方法的系统，用于获得脚底压力信息并识别出的下肢助力外骨骼运动模式，并将识别出的运动相位上传给上位机的控制系统，为控制系统进行下肢助力外骨骼运动控制提供依据；其特征在于：

包括内嵌在测力鞋内的上层鞋垫和下层鞋垫间的PVDF压力传感器、信号调理电路、数据转换模块、无线传输模块、数据处理模块；

通过内嵌在下肢助力外骨骼机器人足部的压力鞋垫对穿戴者的运动意图进行实时检测；

    信号调理电路、无线传输模块使数据处理模块获得脚底压力信息；

    数据处理模块将获得的脚底压力信息与人体步态数据库内的行走模式进行比较匹配，判断得出行走模式，并对一个步态周期内的运动相进行识别，判断得出运动相位；

进行数据处理分析，匹配识别后的结果传输给下肢助力外骨骼机器人的控制系统，作为控制依据。

5.如权利要求4所述的下肢助力外骨骼机器人步态模式识别系统，其特征在于，信号调理电路包括电荷放大电路、低通滤波电路、电压放大电路；

在积分电路中，采用高输入阻抗CA3140作为前置运放；

在低通滤波电路中，采用OP07芯片组合电容、电阻形成的二阶Butterworth有源低通滤波电路；

在电压放大电路中，采用高增益运算放大器UA741芯片，提供输出短路保护和闭锁的自由运作。

6.如权利要求4所述的下肢助力外骨骼机器人步态模式识别系统，其特征在于：PVDF压力传感器位于鞋垫的中层，在每只脚中布局方式为前脚掌5个，后脚跟3个。

7.如权利要求4-6任一项所述的下肢助力外骨骼机器人步态模式识别系统，其特征在于：数据转换模块采用多路的A/D转换，使用集成的数据采集卡，数据采集卡模拟输入端端口数大于两足的传感点数量。