CN105326625B - 可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法。该方法先控制模块通过采集到的信号判断用户姿态是否同时满足触发条件C1、C2、C3和C4;若控制模块检测到用户满足坐下触发条件,控制模块向髋部电机和膝部电机发出指令,髋部电机开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,以v0转动,∠髋减小,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动;同时,膝部电机也开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,∠膝减小,带动用户大腿与小腿产生相对角度运动;本发明可帮助患者初期进行坐下训练,这样可以增强关节活动度和肌肉力,同时也有利于逐步提高患者对外骨骼的适应性,为后期的行走动作打好基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种辅助康复装置,特别是涉及一种可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法,用于下肢瘫痪人员行动与康复。
背景技术
目前,因各种原因而导致截瘫的患者不断增多,他们不仅行动不便,在心理上也承受着很大的负担。对于那些下肢瘫痪但上肢健全的患者而言,需要借助康复工程的手段去改善其下肢的身体机能。
可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置是一种穿戴在下肢,由电机关节带动下肢运动功能障碍患者相应关节运动,达到训练功能的机械装置。为了解决截瘫病人长期卧床或者坐轮椅引起的肌肉萎缩等身体问题,帮助他们重新站立和行走,提高其生活质量,并减轻患者心理负担,开发具有高科技含量和自主知识产权的外骨骼机械腿康复装置并研究相应的模式控制方法具有很重大的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法,对康复装置进行控制,使其从站姿向坐姿平稳、安全变换。
可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法,包括如下步骤:
1)坐下触发条件判断:控制模块通过采集到的信号判断用户姿态是否同时满足触发条件C1、C2、C3和C4;其中C1为∠膝=170°~175°,∠髋=170°~175°,C2为∠前后=0°~+10°,∠左右=-5°~+5°,C3为FP+FC=(90%~95%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~5%,C4为FC=(5%~10%)G;如果控制模块检测到用户不满足坐下触发条件,通过语音模块对用户进行语音提示,直至用户满足坐下触发条件;
2)若控制模块检测到用户满足坐下触发条件,控制模块向髋部电机和膝部电机发出指令,髋部电机开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,躯干支架与大腿支架之间角度∠髋减小,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动;同时,膝部电机也开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,大腿支架与小腿支架之间角度∠膝减小,带动用户大腿与小腿产生相对角度运动;直至控制模块检测到∠髋=70°~80°,∠膝=70°~80°,控制髋部电机、膝部电机以加速度-a0匀减速至静止;然后膝部电机不转动,髋部电机开始以加速度a1从静止匀加速至速度v1,以恒定速度v1转动,躯干支架与大腿支架之间角度∠髋增大,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动,直至控制模块检测到∠髋=80°~90°,控制髋部电机以加速度-a1匀减速至静止;
所述∠髋为躯干支架与大腿支架之间角度;所述∠膝为大腿支架与小腿支架之间角度;所述∠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;∠左右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后,左右拐杖触地端所受总压力;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。
为进一步实现本发明目的,优选地,所述控制模块通过采集到的信号判断用户姿态是否同时满足触发条件是在用户使用腕表选择“坐下”运动模式后进行。
优选地,当用户使用腕表选择了“坐下”运动模式后,所述通过语音模块对用户进行语音提示包括如下情况:如条件C1未达要求,语音模块提示“请使双腿平行直立”;如条件C2未达要求,语音模块提示“请尽量将上半身挺直,并避免向左或向右倾侧身体”;如条件C3未达要求,语音模块提示“请确保双脚均匀受力”;如条件C4未达要求,语音模块提示“请使用拐杖保持身体平衡”。
优选地,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。
优选地,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。
优选地,所述a0,a1,v0,v1的取值由测量下肢健全者坐下过程中的关节转速所得。
相对于现有技术,本发明具有如下优点:
1)本发明可帮助患者初期进行坐下训练,这样可以增强关节活动度和肌肉力,同时也有利于逐步提高患者对外骨骼的适应性,为后期的行走动作打好基础。
2)触发方式双保险(腕表按键操作+传感器组检测用户身体姿态)。若用户未通过腕表上的按钮操作选择“坐下”模式,则其身体动作不会触发外骨骼机械腿装置的坐下动作;用户通过按钮操作选择“坐下”模式后,腕表中的无线射频模块与控制模块进行通信,通知后者用户选择了“坐下”模式,后者随即根据传感器组采集的数据,开始实时判别用户身体姿态是否满足触发条件。一旦控制模块检测到用户身体姿态动作满足触发条件,则向电机组发出相应指令,控制电机组转动完成相应动作,触发“坐下”。用户必须既通过腕表的按钮选择了“坐下”模式,同时身体姿态又满足了一定触发条件,才会触发机械腿“坐下”。这样即可避免单一触发方式的误触发风险,提高安全系数。
3)控制模块通过传感器组对用户身体姿态的数据(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或站回座位上,摔倒时会通过语音模块发出警报求助。
附图说明
图1是外骨骼机械腿康复装置的整体结构示意图;
图2是外骨骼机械腿装置核心功能模块框图;
图3(a)是从右前方观察的支架角度示意图;
图3(b)是从右方观察的支架角度示意图;
图4(a)是从右方观察的躯干前倾角示意图;
图4(b)是从右方观察的躯干后倾角示意图;
图4(c)是从前方观察的躯干左倾角与右倾角示意图;
图5是用户从站姿向坐姿变换的动作图解;
图6是装置从站姿向坐姿变换的控制流程图。
图中示出:躯干支架1、大腿支架2、小腿支架3、髋部电机4、髋部电机角度传感器5、膝部电机6、膝部电机角度传感器7、脚底压力传感器8、躯干倾角传感器9、绑带10、控制模块11、腕表12、拐杖13、触地压力传感器14、脚部支撑板15、左腿髋部电机角度传感器5_1、右腿髋部电机角度传感器5_2、左腿膝部电机角度传感器7_1、右腿膝部电机角度传感器7_2、左脚脚底压力传感器8_1、右脚脚底压力传感器8_2、左拐杖触地压力传感器14_1、右拐杖触地压力传感器14_2、左腿髋部电机4_1、右腿髋部电机4_2、左腿膝部电机6_1和右腿膝部电机6_2。
具体实施方式
为更好地理解本发明,下面结合附图对本发明作进一步的说明,但实施方式不构成对本发明保护范围的限定。
图1是可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的整体机械结构示意图。如图1所示,外骨骼机械腿康复装置主要包括躯干支架1、大腿支架2、小腿支架3、髋部电机4、髋部电机角度传感器5、膝部电机6、膝部电机角度传感器7、脚底压力传感器8、躯干倾角传感器9、绑带10、控制模块11、腕表12、拐杖13、触地压力传感器14、脚部支撑板15、语音提示模块16;其中,髋部电机4包括左腿髋部电机4_1和右腿髋部电机4_2;髋部电机角度传感器5包括左腿髋部电机角度传感器5_1和右腿髋部电机角度传感器5_2;膝部电机6包括左腿膝部电机6_1和右腿膝部电机6_2;膝部电机角度传感器7包括左腿膝部电机角度传感器7_1和右腿膝部电机角度传感器7_2;脚底压力传感器8包括左脚脚底压力传感器8_1和右脚脚底压力传感器8_2;触地压力传感器14包括左拐杖触地压力传感器14_1和右拐杖触地压力传感器14_2;拐杖13有两根,分别通过用户的左右手握住。控制模块11设置在用户的背部。
躯干支架1绑定在用户上身;大腿支架2绑定在用户大腿上,小腿支架3绑定在用户小腿上;脚部支撑板15设置在用户脚底;所述的绑定通过绑带10绑定;躯干支架1与大腿支架2通过髋部电机4连接;髋部电机4的定子与躯干支架1固定,髋部电机4的转子与大腿支架2固定;当髋部电机4转动时,固定在定子上的躯干支架1与固定在转子上的大腿支架2被转动的电机带动并产生相对角度运动;髋部电机4控制两者相对角度运动;大腿支架2与小腿支架3分别膝部电机6的定子和转子连接;膝部电机6连接着大腿支架2与小腿支架3并控制两者相对角度运动;小腿支架3与脚部支撑板15活动连接。
左腿髋部电机角度传感器5_1和右腿髋部电机角度传感器5_2分别设置在左腿髋部电机4_1和右腿髋部电机4_2上;左腿膝部电机角度传感器7_1和右腿膝部电机角度传感器7_2分别设置左腿膝部电机6_1和右腿膝部电机6_上;左脚脚底压力传感器8_1和右脚脚底压力传感器8_2分别设置在左右两脚部支撑板15上;左拐杖触地压力传感器14_1和右拐杖触地压力传感器14_2分别设置在左右两拐杖13下端。躯干倾斜传感器9安装在躯干支架1上。
如图2所示,控制模块11分别与左腿髋部电机角度传感器5_1、右腿髋部电机角度传感器5_2、左腿膝部电机角度传感器7_1、右腿膝部电机角度传感器7_2、左脚脚底压力传感器8_1、右脚脚底压力传感器8_2、躯干倾斜传感器9、左拐杖触地压力传感器14_1、右拐杖触地压力传感器14_2、腕表12连接、左腿髋部电机4_1、右腿髋部电机4_2、左腿膝部电机6_1和右腿膝部电机6_2连接。另外,腕表12用来手动选择运动模式;躯干倾角传感器9检测用户躯干的倾斜角度;膝部电机角度传感器7用以检测膝部电机转角的转角;髋部电机角度传感器5用以检测髋部电机转角;脚底压力传感器8检测脚底所受压力大小;拐杖13用于站立和坐下时支撑身体,行走时保持平衡等;触地压力传感器14检测拐杖13所受压力大小。
控制模块11可选用Freescale公司的i.MX 6系列应用处理器,与髋部电机4和膝部电机6的通信采用USB进行,与各种传感器的通信采用CAN进行,与腕表的通信采用无线射频进行。
腕表12主要由无线射频模块和按钮组成,无线射频模块用于与控制模块11通信,按钮用于选择“站立”、“坐下”和“行走”运动模式。若用户未通过按钮操作选择“坐下”模式,则其身体动作不触发外骨骼机械腿装置的坐下动作;用户通过按钮操作选择“坐下”模式后,腕表12中的无线射频模块与控制模块11进行通信,通知后者用户选择了“坐下”模式,后者随即根据传感器组采集的数据,开始实时判别用户身体姿态是否满足触发条件。一旦控制模块11检测到用户身体姿态动作满足触发条件,则向电机组发出相应指令,控制电机组转动完成相应动作,触发“坐下”。
本发明涉及参数的简略符号及其含义::∠膝为膝关节角度,即大腿支架2与小腿支架3构成的角度,其示意图见附图3(a)与附图3(b)箭头所指的∠膝;∠髋为髋关节角度,即躯干支架1与大腿支架2构成的角度,其示意图见附图3(a)与附图3(b)箭头所指的∠髋。用户不可通过施力改变∠膝和∠髋。这是因为开启机械腿电源后,膝部电机与髋部电机均被锁定,用户施力不可使其转动,只有当控制模块11对电机发送触发指令时方可使其转动。
∠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,其示意图分别见附图4(a)与附图4(b);∠左右为以躯干垂直地面为基准,躯干左右倾斜的角度,其示意图见附图4(c),左倾为正,右倾为负。用户可通过拐杖辅助改变∠前后和∠左右。
G为用户体重;FC为左右拐杖触地端所受总压力(去除拐杖自身重力);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。用户可通过拐杖辅助改变FC、FPL和FPR。
v0为站立阶段一的髋部电机转速,a0为阶段一开始时加速以及结束时减速的加速度绝对值,加速时加速度为a0,减速时加速度为‐a0;v1为站立阶段二的髋、膝部电机转速,a1为阶段二开始时加速以及结束时减速的加速度绝对值,加速时加速度为a1,减速时加速度为‐a1。
图5是用户从站姿向坐姿变换的动作图解,如图5所示,用户先通过腕表选择“坐下”运动模式,再调整身体姿态触发“坐下”。用户从姿态1(初始态/触发状态)开始:双脚均匀站立,躯干挺直,拐杖触地保持平衡。然后用户经过坐下阶段一(膝部电机和髋部电机角度同时减小),实现姿态2(中间态一)。最后经过坐下阶段二(髋部电机角度增大,膝部电机角度基本不变),依序实现姿态3(中间态二)以及姿态4(结束态)。以下是对上述各个姿态的参数定义:
姿态1:∠髋=170°~175°,∠膝=170°~175°;∠前后=0°~+10°,∠左右=-5°~+5°;FP+FC=(90%~95%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~5%;FC=(5%~10%)G。
姿态2:∠髋=120°~130°,∠膝=120°~130°;∠前后=+10°~+20°,∠左右=-5°~+5°;FP+FC=(70%~80%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~10%;FC=(20%~30%)G。
姿态3:∠髋=70°~80°,∠膝=70°~80°;∠前后=+20°~+30°,∠左右=-5°~+5°;FP+FC=(10%~15%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~10%;FC=(35%~40%)G。
姿态4:∠髋=80°~90°,∠膝=70°~80°;∠前后=+10°~+20°,∠左右=-5°~+5°;FP+FC=(5%~10%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~10%;FC=(0~5%)G。
为了满足触发条件,用户需要调整身体动作姿态改变传感器组测量的物理参数数值,譬如使用拐杖对身体进行支撑,或左右倾侧身体,以改变脚底压力传感器所受压力值,或者通过前倾上身来改变躯干的倾角值。
本发明提供的一种可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法。所述模式控制可以帮助患者初期进行坐下训练,这样可以增强关节活动度和肌肉力,同时也有利于逐步提高患者对外骨骼机械腿康复装置的适应性,为后期的行走动作打好基础。
坐下过程基于如下假设:
1、椅子高度略低于用户小腿垂直于地面时膝盖的高度。
2、坐下过程中的一些物理参数及其阈值可以通过将控制模块11连接至PC再使用配套界面式软件进行设置,这些参数包括:∠髋,∠膝,∠前后,∠左右,(FP+FC),|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr),FC,a0,a1,v0,v1。该类参数及其阈值均为经验值。在用户进行日常使用前,需先由用户亲身试验得出具体数值。试验的做法为先将上述参数的阈值设置为经验值,进行坐下,然后再根据坐下过程中用户的表现对参数阈值进行多次微调,直至得出用户舒适度最大的参数组合。
图6是装置从站姿向坐姿变换的控制流程图。如图6所示,可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法包括如下步骤:
1)用户用腕表12选择“坐下”的运动模式,控制模块11通过采集到的信号来判断用户姿态是否同时满足触发条件C1、C2、C3和C4;其中C1为∠膝=170°~175°,∠髋=170°~175°,C2为∠前后=0°~+10°,∠左右=-5°~+5°,C3为FP+FC=(90%~95%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~5%,C4为FC=(5%~10%)G。各个条件的含义为:C1:正常站姿时膝关节和髋关节接近180°;C2:上半身尽量挺直,没有向左或向右倾侧;C3:双脚触地且均匀受力;C4:正在使用拐杖保持身体平衡。
2)步骤1)四个触发条件同时满足即称为“坐下初始态”。如果控制模块11检测到用户不满足“坐下初始态”,会自动通过语音模块16对用户进行语音提示,直至用户满足“坐下初始态”。此时用户可根据语音提示中的操作指引来调整身体姿态。如C1未达要求,则会提示“请使双腿平行直立”;如C2未达要求,则会提示“请尽量将上半身挺直,并避免向左或向右倾侧身体”;如C3未达要求,则会提示“请确保双脚均匀受力”;如C4未达要求,则会提示“请使用拐杖保持身体平衡”。
3)当满足“坐下初始态”时,控制模块11即向髋部电机4和膝部电机6发出指令触发其转动,实现坐下动作。阶段一:髋部电机4开始以加速度a0(a0由测量下肢健全者缓慢坐下过程中的关节转速所得,下文a1,v0,v1同理)从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,躯干支架1与大腿支架2之间角度∠髋减小,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动;同时,膝部电机也开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,大腿支架2与小腿支架3之间角度∠膝减小,带动用户大腿与小腿产生相对角度运动;经过姿态2,直至控制模块11检测到∠髋=70°~80°,∠膝=70°~80°,控制髋部电机、膝部电机以加速度-a0匀减速至静止,实现姿态3。阶段二:膝部电机6不转动,髋部电机4开始以加速度a1从静止匀加速至速度v1,然后以恒定速度v1转动,躯干支架1与大腿支架2之间角度∠髋增大,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动,直至控制模块11检测到∠髋=80°~90°,控制髋部电机以加速度-a1匀减速至静止,实现姿态4(即坐下结束态)。a0,a1,v0,v1的具体数值可由测量下肢健全者缓慢坐下过程中的关节转速所得。
坐下过程中,控制模块11在上述步骤3)中除了会实时检测电机角度,判断其是否达到阈值以停止电机转动之外,同时还会持续监控脚底压力值,躯干倾角值以及电机转角值,判断其是否在正常范围内。以下是各个姿态间转换过程中参数的正常范围:
姿态1到姿态2:∠髋=120°~175°,∠膝=120°~175°,∠前后=0°~+20°,∠左右=-5°~+5°,FP+FC=(70%~95%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~10%;FC=(5%~30%)G。
姿态2到姿态3:∠髋=65°~130°(正常情况下髋部电机实际上最多转到70°就会停止转动,这里预留了5°的检测缓冲区,∠膝同理),∠膝=65°~130°,∠前后=+10°~+30°,∠左右=-5°~+5°,FP+FC=(10%~80%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~10%;FC=(20%~40%)G。
姿态3到姿态4:∠髋=70°~95°(正常情况下髋部电机实际上最多转到90°就会停止转动,这里预留了5°的检测缓冲区),∠膝=70°~80°,∠前后=+0°~+30°,∠左右=-5°~+5°,FP+FC=(0~15%)G,|Fpl-Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~10%;FC=(0~40%)G。
如果压力值、躯干倾角值或电机转角值等参数超出上述正常范围达到1s,即判别为“异常状态”,控制模块11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”。这些保护措施包括但不限于: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站姿;用户摔倒时,控制语音模块16发出警报以请求他人救援。
本发明坐下控制方法有如下优点:
1、触发方式双保险(腕表按键操作+传感器组检测用户身体姿态)。若用户未通过腕表12上的按钮操作选择“坐下”模式,则其身体动作不会触发外骨骼机械腿装置的坐下动作;用户通过按钮操作选择“坐下”模式后,腕表12中的无线射频模块与控制模块11进行通信,通知后者用户选择了“坐下”模式,后者随即根据传感器组采集的数据,开始实时判别用户身体姿态是否满足触发条件。一旦控制模块11检测到用户身体姿态动作满足触发条件,则向电机组发出相应指令,控制电机组转动完成相应动作,触发“坐下”。也就是说,用户必须既通过腕表12的按钮选择了“坐下”模式,同时身体姿态又满足了一定触发条件,才会触发机械腿“坐下”。这样即可避免单一触发方式的误触发风险,提高安全系数。
2、控制模块11通过传感器组对用户身体姿态的数据(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或站回座位上,摔倒时会通过语音模块16发出警报求助。
上述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保护范畴。
Claims (5)
1.可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法,其特征在于包括如下步骤:
1)坐下触发条件判断:控制模块通过采集到的信号判断用户姿态是否同时满足触发条件C1、C2、C3和C4;其中C1为∠膝=170°~175°,∠髋=170°~175°,C2为∠前后=0°~+10°,∠左右=‐5°~+5°,C3为FP+FC=(90%~95%)G,|Fpl‐Fpr|/(Fpl+Fpr)=0~5%,C4为FC=(5%~10%)G;如果控制模块检测到用户不满足坐下触发条件,通过语音模块对用户进行语音提示,直至用户满足坐下触发条件;
2)若控制模块检测到用户满足坐下触发条件,控制模块向髋部电机和膝部电机发出指令,髋部电机开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,躯干支架与大腿支架之间角度∠髋减小,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动;同时,膝部电机也开始以加速度a0从静止匀加速至速度v0,然后以恒定速度v0转动,大腿支架与小腿支架之间角度∠膝减小,带动用户大腿与小腿产生相对角度运动;直至控制模块检测到∠髋=70°~80°,∠膝=70°~80°,控制髋部电机、膝部电机以加速度‐a0匀减速至静止;然后膝部电机不转动,髋部电机开始以加速度a1从静止匀加速至速度v1,以恒定速度v1转动,躯干支架与大腿支架之间角度∠髋增大,带动用户躯干与大腿产生相对角度运动,直至控制模块检测到∠髋=80°~90°,控制髋部电机以加速度‐a1匀减速至静止;
所述∠髋为躯干支架与大腿支架之间角度;所述∠膝为大腿支架与小腿支架之间角度;所述∠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;∠左右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后,左右拐杖触地端所受总压力;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坐下模式控制方法,其特征在于,所述控制模块通过采集到的信号判断用户姿态是否同时满足触发条件是在用户使用腕表选择“坐下”运动模式后进行。
3.根据权利要求2所述的可穿戴仿生外骨骼机械腿康复装置的坐下模式控制方法,其特征在于,当用户使用腕表选择了“坐下”运动模式后,所述通过语音模块对用户进行语音提示包括如下情况:如条件C1未达要求,语音模块提示“请使双腿平行直立”;如条件C2未达要求,语音模块提示“请尽量将上半身挺直,并避免向左或向右倾侧身体”;如条件C3未达要求,语音模块提示“请确保双脚均匀受力”;如条件C4未达要求,语音模块提示“请使用拐杖保持身体平衡”。
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坐下模式控制方法,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。
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坐下模式控制方法,其特征在于,所述a0,a1,v0,v1的取值由测量下肢健全者坐下过程中的关节转速所得。
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