[发明专利]具有监测穿戴者多元生理能耗的柔性外骨骼系统及方法

权利要求书

1.一种具有监测穿戴者多元生理能耗的柔性外骨骼控制方法，采用具有监测穿戴者多元生理能耗的柔性外骨骼系统实现，所述系统包括柔性外骨骼、运动信号采集单元、生理信号采集单元，所述柔性外骨骼包括拉线机构、背带、鲍登线机构、穿戴软壳、工作靴，所述拉线机构包括拉线舵机、框架、绕线盘、外侧碳板，外侧碳板固定在框架的相对侧面上，在框架上固定有两个拉线舵机，每个拉线舵机的输出轴与绕线盘的中心轴相连，绕线盘通过卧式轴承座固定在外侧碳板上，鲍登线机构一端缠绕在绕线盘上，另一端连接在穿戴软壳相应部位，运动信号采集单元用于采集人体不同部位的加速度信号并根据加速度信号识别人体的运动意图，然后根据运动意图识别结果控制柔性外骨骼中拉线舵机的运动；生理信号采集单元用于采集人体的肌电信号、脉搏信号和呼吸信号，并将采集到的信号进行多模态信息融合输出一段时间内的能耗值用于控制柔性外骨骼中拉线舵机的运动；通过拉线舵机驱动鲍登线机构分别带动穿戴软壳、工作靴运动，穿戴软壳包括腰部软壳、大腿软壳、小腿软壳，鲍登线机构包括两个分别为鲍登线机构A和鲍登线机构B，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：采集穿戴者穿戴柔性外骨骼时一段时间T内的呼吸信号、脉搏信号以及小腿处的肌电信号，同时采集穿戴者胸前、右侧大腿外侧、右侧小腿外侧的加速度信号，采集鲍登线机构A内线的拉力信号；

步骤2：将采集到的信号分别进行降噪处理，其中加速度信号通过中值滤波器进行降噪处理；肌电信号通过四阶巴斯特沃带通滤波器进行降噪处理；呼吸信号首先经过四十阶FIR低通滤波器，再通过平滑滤波处理进行降噪；脉搏信号选择Sym5小波作为基函数，使用基于小波分解和重构的方法进行降噪；拉力信号通过中值滤波器进行降噪处理；

步骤3：将降噪处理后的肌电信号、呼吸信号、脉搏信号进行特征提取及多模态信息融合得到穿戴者在一段时间内的能耗值E；

步骤4：事先采集穿戴者未穿戴柔性外骨骼时一段时间内的呼吸信号、脉搏信号以及小腿处的肌电信号，并进行多模态信息融合得到未穿戴时在一段时间内的能耗值E'；

步骤5：通过将穿戴柔性外骨骼时一段时间内的能耗值E与未穿戴柔性外骨骼时相同时间内的能耗值E'进行比较，输出能耗反馈结果；

步骤6：提取降噪后的拉力信号的实测拉力值，通过实测拉力值与预设拉力值进行比较，输出拉力信号反馈结果；

步骤7：基于人工神经网络构建分类器，根据降噪后的加速度信号利用分类器进行运动意图的识别，输出运动意图识别结果；

步骤8：根据运动意图识别结果、拉力反馈和能耗反馈结果所对应的拉线舵机输出状态的标志位，以及预设的标志位优先等级输出PWM信号用于控制拉线舵机输出轴的转动角度值。