[发明专利]一种用于下肢外骨骼的运动意图识别及装置方法

摘要

一种用于下肢外骨骼的运动意图识别及装置方法，属于下肢外骨骼机器人感知技术领域。所述运动意图识别装置包括下肢肌电信号采集模块、足底压力采集模块、下肢惯性信息测量模块、数据采集与传输模块和中央控制器。所述方法采用一对一SVM多分类得到基于足底压力信号的离线数据库步态轨迹，采用CNN在线关节角度估计模型得到基于肌电信号的关节角度实时预测轨迹，并且依据肌肉疲劳程度将两种轨迹进行变增益信息融合，为外骨骼机器人的下肢关节驱动提供精确的运动期望轨迹。本发明有效地结合了肌电信号的超前性和足底压力信号的稳定性，极大程度上提高了运动意图识别的准确性和实时性，为外骨骼机器人的安全性和助力效率提供充足的保证。

主权项

1.一种用于下肢外骨骼的运动意图识别装置，其特征在于，所述运动意图识别装置包括下肢肌电信号采集模块、足底压力采集模块、下肢惯性信息测量模块、数据采集与传输模块和中央控制器；足底压力采集模块固定在外骨骼传感鞋上，包括足底压力传感器和足底压力变送模块；足底压力传感器为三个薄膜型压力传感器，分别固定在穿戴者大拇趾前端、小拇趾末端和足跟对应位置的传感鞋上；足底压力变送模块采用全桥电路检测压力传感器的电阻变化，以及二阶低通滤波电路对电压信号进行放大和滤波，足底压力变送模块输出端连接数据采集与传输模块；下肢肌电信号采集模块主要由Ag/AgCl电极、前置放大电路、工频陷波电路、低通和高通滤波电路、二级放大电路和电压抬升电路构成，分别采集大腿和小腿的六个与关节运动相关肌群的表面肌电信号；下肢惯性信息测量模块包括两个惯性传感器，用于采集穿戴者下肢的加速度信息、角速度信息及角度信息，惯性传感器安装在穿戴者的小腿处和大腿处；惯性传感器输出端连接数据采集与传输模块；数据采集与传输模块包括微控制器和总线通讯模块，固定在外骨骼机器人的脚踝处，对肌电信号、足底压力和人机交互力信号进行采集和预处理，将预处理后的信号通过CAN总线传送到工控机模块；中央控制器通过CAN总线接收数据采集与处理模块发送的数据，并对传感器信号进行实时处理，与预先定义的人体步态及路况进行最佳匹配，实时识别穿戴者的运动意图。