[发明专利]助力外骨骼控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种助力外骨骼控制系统及控制方法，属于机器人技术领域。其系统包括传感通信执行子系统和处理规划决策子系统。传感通信执行子系统用于感知运动意图、运动状态和生理信息，其计算主控平台在人机耦合信息的基础上作出命令决策，并驱动机器人关节进行适时和适当的助力；处理规划决策子系统用以基于运动意图辨识方法和生物电信号分析技术，实现人机信息交互方式和人机意识融合，并用以基于多变量深度学习的步态规划方法实现步态规划，以及用以基于可变阻抗控制，确保该控制系统的整体舒适性与安全性，从而使用户达到最佳的使用效果。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及外骨骼机器人技术领域，具体是指一种助力外骨骼控制系统设计。

背景技术

老龄化将使得老年人的四肢灵活性逐渐下降，并使得老年人致残几率快速上升。随着国内老龄化的问题日益加重，我国老年残疾人的人口比率将会大幅度增加。传统的运动康复医疗设备将不能满足老年人康复的需求，一方面的原因是人口数量的剧增，另一方面的原因是传统设备的工作效率和智能化程度较低。于此同时，具有自适应调节能力的智能外骨骼机器人将会得到巨大的市场需求。在研究智能的外骨骼机器人的控制策略过程中，助力外骨骼控制系统设计成为至关重要的一环。

助力外骨骼控制系统可以有效控制助力外骨骼的运动，更符合佩戴者个性化的助力需要，因此，如何实现更好的助力外骨骼控制，使用户达到最佳的使用效果，成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种可更好地助力外骨骼控制，使用户达到更舒适便捷的使用效果的助力外骨骼控制系统和控制方法。

为了实现上述的目的，本发明的助力外骨骼控制系统具有如下构成：

该系统包括：传感通信执行子系统和处理规划决策子系统。

传感通信执行子系统，用于感知运动意图、运动状态和生理信息，其计算主控平台在人机耦合信息的基础上作出命令决策，并驱动机器人关节进行适时和适当的助力；

处理规划决策子系统，用以基于运动意图辨识方法和生物电信号分析技术，实现人机信息交互方式和人机意识融合，并用以基于多变量深度学习的步态规划方法实现步态规划，以及用以基于可变阻抗控制，确保该控制系统的整体舒适性与安全性。

该助力外骨骼控制系统中，所述的传感通信执行子系统包括由高速现场通信总线相互连接的多个多模态传感器、柔性关节驱动执行器和计算处理平台以及云端数据服务平台；其中，所述的多个多模态传感器包括足底压力传感器、加速度传感器、陀螺仪、力矩/力传感器、编码器、人体电容传感器和表面肌电传感器，并利用高速现场通信总线将上述的各个传感器组成传感器网络，该传感器网络用于感知佩戴者的运动意图、运动状态和生理信息，所述的计算处理平台基于所述的运动意图、运动状态和生理信息作出命令决策，以驱动所述的柔性关节驱动执行器进行适时和适当助力；并将运动意图、运动状态、生理信息、命令决策和状态信息上传至所述的云端数据服务平台。

该助力外骨骼控制系统中，所述的传感器网络用于感知佩戴者的运动意图、运动状态和生理信息具体为：基于足底压力分布、躯体加速度、角速度、关节位置、力矩信号提取的躯体运动动力学信息，所述的躯体运动动力学信息包括重心、零力矩点(ZMP，zero-moment point)、步态阶段、躯体姿态，并采用多分类SVM方法学习其与运动意图之间的映射关系，实现运动意图的分类与辨识；建立基于生物电信号机理的机理数学模型，人体电容与表面肌电信号经过滤波去噪、特征提取、信息降维处理，在所述的机理数学模型基础上，通过模式匹配算法实现运动意图的自然感知，进而将所述的运动意图的分类与辨识以及运动意图的自然感知通过贝叶斯信息融合方法实现高精度的运动感知。