CN105411816B - 一种行走助力装置的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行走助力装置的控制系统及控制方法，该行走助力装置的机械部分包括底座部分、大腿部分、小腿部分、足部分等，该装置的控制系统包括：主可充电移动电源、辅可充电移动电源，手动离合控制开关，电源管理模块，压力传感器，角度、加速度传感器，放大、滤波、模数转换模块，无线模块，电压控制模块，反馈模块，电压选通模块，处理模块等。所述控制系统对外部环境的判断，根据外部环境进行调整，执行与传统的按照固定程序执行的控制方法不一样的控制策略，同时，所述控制系统还包括学习模块，对用户的使用过和错误的判断过程，都有一个学习纠正的机制。

Description

一种行走助力装置的控制系统及控制方法

技术领域

本发明专利属于智能控制领域，具体涉及一种可穿戴的机械外骨骼装置的控制系统及控制方法。

背景技术

对可穿戴机械外骨骼装置的控制有别于传统的机械控制，由于可穿戴机械外骨骼装置在实际使用中环境在不断变化，机械装置与穿戴者联系紧密，对机械装置的控制既要根据外在环境的变化变化，又要根据穿戴者的动作的变化而变化，最终根据不同穿戴者的不同意图提供辅助功能，在此过程中要保证穿戴者的安全。针对外骨骼的实际结构和设计的助力方式，控制中包括对穿戴者动作意图的判断和调整，对使用场合的判断和调整，对不同场合和不同动作提供不同的助力策略等。

本发明主要公开了一种行走助力装置的控制系统及控制方法，根据足底压力，大小腿部分的角度变化，底座的接触力变化等外部传感信息对行走助力装置进行控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种行走助力装置的控制系统及其控制方法，通过采集足底压力，大小腿部分的角度变化，底座的接触力变化等外部传感信息对行走助力装置进行控制，其中包括对上下坡、上下楼、平地行走等不同行走面的判断，包括对步频步速的判断，对底座托举穿戴者裆部的位置变化和力变化的调整，对不同穿戴者体征和行走习惯的学习、预测和判断。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种行走助力装置的控制系统，所述行走助力装置包括：机械部分和控制系统，所述机械部分包括：

底座部分，放置于穿戴者裆部，同时装有压力传感器用来检测底座部分对穿戴者裆部的上举托力，还装有手动离合控制开关，控制大腿部分中的离合器的闭合与分离。

大腿部分，位于穿戴者双腿内侧、穿过穿戴者裆部，或位于穿戴者双腿外侧，大腿部分与底座部分相连接，装有驱动电机、减速器、离合装置、充电电池，控制电路板等，以及三轴加速度传感器，角度传感器。

小腿部分，小腿部分位于穿戴者双腿内侧或外侧，一端连接于大腿部分，一端连接于足部分，装有三轴加速度传感器、角度传感器。

足部分，足部分装有压力传感器，用于监测穿戴者的足底压力，所测足底压力至少包括前脚掌和后脚跟两部分的足底压力，装有三轴加速度传感器、角度传感器。

所述控制系统包括：

主可充电移动电源，优选提供电压在48伏特到12伏特之间，优选提供电流在10安培以内，提供行走助力装置正常情况下的电路供电和驱动电机供电。

电源开关，打开电源开关，主可充电移动电源对电路和驱动电机供电。

电量显示模块，在打开电源开关以后，显示电源电量的情况。

辅助可充电移动电源，当主可充电移动电源电量不足的情况下，保证电路对重要数据的存储，以及对驱动电机或机械结构的短时间控制，比如当主可充电移动电源电量不足后，机械结构不再转动，为了方便穿戴者脱卸和整理收藏，可以对主可充电移动电源电量不足前的数据进行存储，并控制机械转动，松开离合器，方便穿戴者对机械结构的脱卸和折叠。

手动离合控制开关，用于手动控制离合器的闭合和分离。

电路部分，包括电源管理模块，将主可充电移动电源输出的电压进行稳压、降压后，一方面为其他电路模块供电，另一方面提供给驱动电机，还有一部分检测辅助可充电移动电源的电量情况，并对辅助可充电移动电源进行充电；包括压力传感器，测量座椅与穿戴者裆部的接触力，至少前后脚掌的足底压力；包括角度和加速度传感器，测量大、小腿部分的角度和加速度；放大、滤波、模数转换模块，对小信号的放大、对噪音的滤波、对模拟信号的数字化；无线模块，无线模块与处理模块相连，帮助处理模块与外部手机、电脑、平板等设备通信，用于对处理模块中的参数进行设置，以及对处理模块计算得到的步行参数的输出；电压控制模块，与处理模块相连，将主可充电移动电源准备输出到驱动电机上的电压调整到处理模块要求的动态电压值；反馈模块，将电压控制模块输出的电压或电流情况反馈给处理模块；电压选通模块，根据处理模块的控制，选择输入到驱动电机的电压来源于主可充电移动电源还是辅助可充电移动电源；包括处理模块，监测手动离合控制开关的开关情况，收集从所述压力传感器、角度、加速度传感器等传来的数据，通过无线模块与外界通信，可以根据个人感受调整内部参数，使达到个人感觉最舒适的状态，通过电压控制模块，将电源输送到驱动电机的电压进行动态控制，接收反馈模块反馈的电压或电流值，用来调整对电压控制模块的控制，通过手动离合控制开关的情况控制电压选通模块的选通情况。

作为本发明的进一步改进，所述行走助力装置的足部分，将足底至少分成前脚掌和后脚跟两部分，前脚掌包括脚尖和脚趾部分，对足底压力传感器进行布局，分别设定后脚跟触地和离地状态的足底压力阈值、前脚掌触地和离地状态的足底压力阈值，根据实时监测所述前脚掌和后脚跟的足底压力与所述设定足底压力阈值的对比，实时得到前脚掌和后脚跟的触地情况；

对摆动期和支撑期的判定，当所述前脚掌和后脚跟两部分中的任一一部分根据所述足底压力阈值被判定为触地状态，则判定该脚为支撑期，否则判定该脚为摆动期；当所述前脚掌和后脚跟两部分根据所述足底压力阈值都被判定为触地状态时，则被判定为支撑期中的全脚掌触地状态；当所述前脚掌部分根据所述足底压力阈值都被判定为触地状态时，且所述后脚跟部分根据所述足底压力阈值都被判定为离地状态时，则被判定为支撑期中的脚跟离地状态；将后脚跟触地到全脚掌触地的时间段划分为支撑早期，将全脚掌触地到后脚跟离地的时间段划分为支撑中期，将后脚跟离地到前脚掌离地的时间段划分为支撑末期；

所述行走助力装置的足部分，根据其装有的三轴加速度传感器，得到足部分在行走中沿前进方向的加速度值，设定摆动中期加速度阈值，当实际监测的加速度值大于该阈值的上限时，被判定为摆动早期，当实际测量的加速度值小于该阈值的下限时，被判定为摆动后期，当实际测量的加速度值处于设定的摆动中期加速度阈值上下限中间时，被判定为摆动中期。

作为本发明的进一步改进，通过电机拉开所述行走助力装置的大小腿部分的角度，以使所述行走助力装置中的底座部分上升或产生上升的趋势，从而在底座部分接触穿戴者的裆部后产生向上的托举力。

作为本发明的进一步改进，初始状态，启动双腿的电源开关，拉动底座部分，将底座部分拉到裆部的合适位置，在此过程中，行走助力装置的大小腿部分已经开始工作，提供大小腿部分之间角度的打开动作，从而提供助力，站立稳定后，通过大小腿部分的长度和大小腿部分与地面的角度得到从穿戴者的脚到裆部的直线距离。

作为本发明的进一步改进，助力环境分为平地行走、上下坡行走、上下楼行走、下蹲或下蹲行走；助力策略为：以健康人群膝关节的关节力矩在不同所述助力环境下的力矩时间统计平均曲线为依据，对所述行走助力装置控制驱动电机产生对穿戴者托举力的大小进行动态预设；以健康人群骨盆沿垂直轴方向的摆动位移在不同所述助力环境下的位移时间统计平均曲线为依据，对所述行走助力装置控制驱动电机产生底座部分的位移大小进行动态预设，体现了底座部分与穿戴者裆部的贴合度；平地行走，使用均匀助力；上坡行走，上楼行走，主要由位于前方的大小腿部分提供助力；下坡行走，下楼行走，主要由位于后方的大小腿部分提供助力；下蹲动作产生后，助力的动态预设值提高。助力由处于支撑期的所述大小腿部分提供，当双腿都处于支撑期时，由两条大小腿部分同时提供助力，两条大小腿部分根据其本侧足底压力的大小按照动态预设值按比例分摊给两条大小腿部分；当一条腿处于支撑期，一条腿处于摆动期时，由处于支撑期的腿单独提供助力，提供的助力是驱动电机向上托举穿戴者的推力减去了装置部分自身重力的结果，直接的客观测量是通过底座上的压力传感器测量底座与穿戴者裆部的接触力，即为实际助力。所述底座部分在垂直轴上的位移，根据所述大小腿部分的角度和所述大小腿部分的长度得到实时动态的位移信息。根据助力和底座部分位移的预设值和实际测量值之间的差距，调整对驱动电机的控制，即通过反馈实际助力和实际底座部分位移的数据，处理模块调整对驱动电机的控制，使实际测量值达到预设值，从而形成反馈控制；其中助力优先于底座部分的位移；当两条大小腿部分之间的角度都打开到预设安全角度之后，即底座处于某一高度以上，而助力仍然没有达到预设值时，为了使用者的使用安全，不再提供大小腿部分之间的角度继续拉开。

作为本发明的进一步改进，对于下蹲或下蹲行走的判定，判定条件是：在行走过程中，通过所述大小腿部分的长度和所述大小腿部分与地面的角度得到从穿戴者的脚到裆部的直线距离，该直线距离在双腿上同时减少到预设的蹲姿阈值以下时，被判定为下蹲或下蹲行走；预设的蹲姿阈值可以由初始站立时测得的穿戴者的脚到裆部的直线距离乘以一个系数得到。

作为本发明的进一步改进，对下楼行走的判定，判定条件是：当足底压力在支撑期的第一峰值高于第二峰值时，此时的足底压力由所述行走助力装置中足部分的压力传感器测量得到，被判定为下楼行走；或者当前脚掌比后脚跟先触地时，此时由所述行走助力装置中足部分的前脚掌部分和后脚跟部分的足底压力与其各自的触地阈值的比较结果和时间参数得到，被判定为下楼行走；或者在步态周期中前脚掌压力低于前脚掌踩空的预设值，被判定为下楼行走；对下坡行走的判定，判定条件是：当在支撑初期与前进方向相反的加速度大于下坡行走反向加速度阈值时，且未出现下楼行走的判定条件时，此时所述反向加速度的测量由所述行走助力装置的足部分的三轴加速度传感器提供，被判定为下坡行走；当支撑期占步态周期的比例小于下坡行走支撑期比例阈值时，被判定为下坡行走；对上坡行走的判定，判定条件是：当步态周期中的支撑期的脚跟离地时间占整个步态周期超过预设的上坡行走脚跟离地时间比例阈值时，被判定为上坡行走；当在支撑期的中后期，如果与前进方向相同的加速度超过上坡正向加速度阈值时，被判定为上坡行走；对上楼行走的判定，判定条件是：当支撑期占步态周期比例大于上楼行走支撑期比例阈值时，被判定为上楼行走；或者在步态周期中后脚跟压力低于后脚跟踩空的预设值，被判定为上楼行走；站立不动的判定，判定条件是：所述大小腿部分的角度基本不变；其余情况被判定为平地行走状态。

作为本发明的进一步改进，根据所述大小腿部分的角度，可以得到膝关节角度；对上坡行走或上楼行走的判定，判定条件是：在支撑期初期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的上行支撑期膝关节变化阈值时，被判定为上坡或上楼行走；在摆动期末期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的上行摆动期膝关节变化阈值时，被判定为上坡或上楼行走；对下坡行走或下楼行走的判定，判定条件是：在支撑期末期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的下行支撑期膝关节变化阈值时，被判定为下坡或下楼；在摆动期初期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的下行摆动期膝关节变化阈值时，被判定为上坡或上楼行走；当膝关节角度未出现上述变化时被判定为平地行走；根据所述小腿部分和足部分的角度，可以得到踝关节角度；对下楼行走的判定，判定条件是：当踝关节角度在支撑期后期的角度小于预设的下楼行走支撑期踝关节角度阈值时，被判定为下楼行走；当踝关节角度在摆动期内变大时，且没有出现两次由小变大再变小的过程，被判定为下楼行走；对上楼行走的判定，判定条件是：当踝关节角度在支撑期后期的角度迅速增大，增大的量超过了预设的上楼行走支撑期踝关节角度增量阈值时，被判定为上楼行走；当踝关节角度在摆动期内变小时，且没有出现两次由小变大再变小的过程，被判定为上楼行走；对平地行走，上坡行走，下坡行走的判定，判定条件是：当踝关节的角度在摆动期有两次由小变大，再由大变小时，被判定为平地行走、上坡行走、下坡行走。

作为本发明的进一步改进，助力环境分为平地行走、上下坡行走、上下楼行走、下蹲或下蹲行走；当对所述不同助力环境进行判定时，对各环境的判定条件进行依次对照，当某一种助力环境满足的条件最多时，该助力环境判定胜出，根据该助力环境选择对应的助力策略，根据对应的助力策略得到预设的动态助力值和预设的动态底座部分位移值，从而控制驱动电机进行反馈控制；如果某两种或两种以上的助力环境满足的条件同样最多时，按照下蹲或下蹲行走、下楼行走、上楼行走、上坡行走、下坡行走、平地行走的优先级从高到低的顺序进行判定。

作为本发明的进一步改进，还包括一个自学习模块，所述自学习模块可以根据所述穿戴者从脚到裆部的直线距离来引导动态底座部分位移时间统计平均曲线的选取，再根据实际使用中底座部分和穿戴者裆部的贴合程度，即接触力，进行学习调整，学习符合穿戴者个人行走中盆骨摆动的特征，并修正原来的预设动态底座部分位移时间统计平均曲线；所述自学习模块，在做助力环境判定时，根据每一个完整步行周期结束时对该步行周期的助力环境的判定结果，来修正在此步行周期过程中就做出判定结果，且判定结果错误的条件的预设阈值，使其改变阈值后判定为正确；在行走过程中，穿戴者可以看到所述行走助力装置当前的助力环境判定，如果该判定与实际情况不符或穿戴者希望选择一种自己喜欢的助力环境，则可调整当前的助力环境，即助力环境可以按照穿戴者的意愿在行走过程中设定，设定之后，所述自学习模块会将当前环境的特征与被设定的助力环境进行匹配，修改判定条件中的判定阈值，使当前环境的特征再次出现时被判定为穿戴者设定的助力环境。

作为本发明的进一步改进，还包括一个自学习模块，所述自学习模块包括一个人工神经网络，控制中使用到的所有预设值或预设阈值被作为助力环境判定的特征值，实际助力环境作为结果，对人工神经网络系统进行训练；使用过程中可以进行再训练；所述人工神经网络，根据外部设备对所述行走助力装置控制系统的预设值或预设阈值的调整，对助力策略进行自修改；所述行走助力装置在关电前，将所有预设值或预设阈值保存起来，待下次启动时，直接加载运行。

作为本发明的进一步改进，对步态周期的计算：根据所述行走助力装置足部分前脚掌和后脚跟部分的足底压力判定该脚是否离地，行走过程中从一只脚的离地开始到下一次该脚的离地的时间即为步态周期的时间；步频的判断：步态周期的倒数；步速的判断：根据所述行走助力装置足部分前脚掌和后脚跟部分的足底压力判定前方脚后脚跟触地时，按照所述大小腿部分的角度和所述大小腿部分的长度得到双脚之间的距离，步速就等于所述双脚之间的距离乘以2乘以步频；滑倒的判断：当所述行走助力装置左右两只足部分上的前脚掌和后脚跟部分的压力传感器上的数值都判定为离地时，并且所述大、小腿部分的三轴加速度传感器感受到了向地面方面的接近重力加速度的加速度值以后，判断此时为滑倒状态，所述助力行走装置的控制系统将安装在所述底座部分上的气囊弹出充气，并发送滑倒信息通知指定的外部设备。

作为本发明的进一步改进，底座部分，装有三轴加速度传感器，可以实时监测底座在垂直轴方向的时间位移情况，以此代替通过大小腿部分的角度和大小腿部分的长度来计算得到的底座在垂直轴方向的时间位移情况。

附图说明

图1是本发明的行走助力装置的结构示意图；

图2是本发明的行走助力装置的控制系统结构框图；

图3是本发明的行走助力装置的使用方法示意图；

图4是本发明的行走助力装置的控制系统 控制方法流程图。

具体实施方案

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如附图1所示，本发明的行走助力装置的结构示意图。图中给出了底座部分，大腿部分，小腿部分，足部分的示意图，同时标明了穿戴所述装置的前后方面，垂直轴方向和矢状轴方向。图中仅装配了一条腿的组件，即一个大腿部分，一个小腿部分，一个足部分。

如附图2所示，本发明的行走助力装置的控制系统结构框图。1.打开电源开关，显示电量，电源管理模块将5V-7V电压送到arduino保证arduino的正常工作，同时电源管理模块检查充电电池是否有电，对充电电池进行充电，同时24V电源接入电压控制模块，arduino根据传感器数据，通过计算得到此时应该输出驱动电机的电压值，将控制信号送到电压控制模块，电压控制模块根据arduino的要求输出电压，反馈模块根据输出的电压值的大小告诉arduino实际输出电压的情况，同时arduino控制电压选通模块选择电压控制模块输出的电压传到电机。2.在打开电源的状态下，按下松离合按钮，两节18650的7.4V电压送入电压选通模块，并通知arduino，arduino控制电压选通模块选择7.4V的反向输出，控制电机反转。3.在24V电池没电的情况下，按下松离合按钮，两节18650的7.4V电压送入电压选通模块，此时arduino没有电，要求选通模块在控制信号为低时选择7.4V的反向输出，控制电机反转。

如附图3所示，本发明的行走助力装置的使用方法示意图。穿戴者在开启电源后的任何时刻都可以对外部可调的预设值或预设阈值进行调整，控制系统内部的预设值或预设阈值，即不能直接由使用者从外部调整的预设值或预设阈值，会根据穿戴者设定的外部可调的预设值而自行改动。所以留给用户可以直接设置的预设值或预设阈值不多，一般包括对前脚掌和后脚跟的离地和触地的判断阈值，即足底判断离地触地的灵敏度，当前状态所选择的助力环境，助力策略给定的助力大小值的基本值，即助力总体大小的调节等。控制系统会每隔一段时间保存一些需要保存的参数，当停电发生前会对参数进行再保存。其他使用流程如附图3的文字所示，特别强调了正常关闭和停电强迫关闭时的使用方法。

如附图4所示，本发明的行走助力装置的控制系统的控制方法流程图。根据前脚掌和后脚跟的实测数据得到前脚掌和后脚跟的离地触地状态，此过程可以由外部设置预设的阈值，自学习模块在这里可以记下用户的设置，此设置代表用户对离地触地的敏感程度。根据前脚掌和后脚跟的离地触地状态以及足部的加速度可以对当前的步态进行分期，包括摆动初、中、后期、支撑初、中、后期等。将步态分期、该步态周期中各种分期所占比例、各时间点的压力值等信息传给助力环境判断单元对当前的助力环境进行判断，同时需要膝关节角度和踝关节角度，判断过程包括外部设置的阈值、外部设置的助力环境、自学习模块中神经网络的学习过程、助力环境判断单元的自我纠错过程，最终将判断所得的助力环境送到助力策略中，选择合适的助力策略，再到力矩时间统计平均曲线库和位移时间统计平均曲线库中去找到匹配的健康人群的膝关节力矩时间曲线和盆骨位移时间曲线，该曲线需要根据穿戴者脚到裆部的直线距离、底座接触力的实测数据和加速度、步态分期的数据、外部的预设值调整、和自学习部分的自学习过程，最终确定。然后输出动态助力预设值和动态底座部分位移预设值，将这两个量的需求综合考虑输出驱动电压给驱动电机，输出电压根据实测底座部分接触力和位移值进行反馈修正。穿戴者脚到裆部的直线距离可以由底座部分的接触力和位移信息得到，或用大小腿部分的长度和角度计算。膝关节角度由大小腿部分的角度计算，踝关节有足部分和小腿部分的角度计算。驱动电机的转动，驱动机械部件工作，和穿戴者接触并协同工作，再作用于各传感器。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种行走助力装置，所述行走助力装置包括：机械部分和控制系统，其特征在于：所述机械部分包括：

底座部分，放置于穿戴者裆部，同时装有压力传感器用来检测底座部分对穿戴者裆部的上举托力，还装有手动离合控制开关，控制大腿部分中的离合器的闭合与分离；

大腿部分，位于穿戴者双腿内侧，穿过穿戴者裆部，或位于穿戴者双腿外侧；所述大腿部分与底座部分相连接，装有驱动电机、减速器、离合装置、充电电池，控制电路板，以及三轴加速度传感器，角度传感器；

小腿部分，位于穿戴者双腿内侧或外侧，一端连接于大腿部分，一端连接于足部分，装有三轴加速度传感器、角度传感器；

足部分，装有压力传感器、三轴加速度传感器、角度传感器，用于监测穿戴者的足底压力，所测足底压力至少包括前脚掌和后脚跟两部分的足底压力；

所述控制系统包括：

主可充电移动电源，提供所述行走助力装置正常情况下的电路供电和驱动电机供电；电量显示模块，在打开电源开关以后，显示电源电量的情况；

辅助可充电移动电源，当主可充电移动电源电量不足的情况下，保证电路对重要数据的存储，以及对驱动电机或机械结构的短时间控制；

手动离合控制开关，用于手动控制离合器的闭合和分离；

以及控制电路部分，所述控制电路部分包括，

电源管理模块，将主可充电移动电源输出的电压进行稳压、降压后，一方面为其他电路模块供电，另一方面提供给驱动电机，还有一部分检测辅助可充电移动电源的电量情况，并对辅助可充电移动电源进行充电；

放大、滤波、模数转换模块，对小信号的放大、对噪音的滤波、对模拟信号的数字化；无线模块，无线模块与处理模块相连，帮助处理模块与外部手机、电脑或平板的通信，用于对处理模块中的参数进行设置，以及对处理模块计算得到的步行参数的输出；

电压控制模块，与处理模块相连，将主可充电移动电源准备输出到驱动电机上的电压调整到处理模块要求的动态电压值；

反馈模块，将电压控制模块输出的电压或电流情况反馈给处理模块；

电压选通模块，根据处理模块的控制，选择输入到驱动电机的电压来源于主可充电移动电源还是辅助可充电移动电源；

处理模块，监测手动离合控制开关的开关情况，收集从所述压力传感器、角度传感器、三轴加速度传感器传来的数据，通过无线模块与外界通信，根据个人感受调整内部参数，使达到个人感觉最舒适的状态，通过电压控制模块，将电源输送到驱动电机的电压进行动态控制，接收反馈模块反馈的电压或电流值，用来调整对电压控制模块的控制，通过手动离合控制开关的情况控制电压选通模块的选通情况；其中，

所述足部分，将足底至少分成前脚掌和后脚跟两部分，前脚掌包括脚尖和脚趾部分，对足底压力传感器进行布局，分别设定后脚跟触地和离地状态的足底压力阈值、前脚掌触地和离地状态的足底压力阈值，根据实时监测所述前脚掌和后脚跟的足底压力与所述设定足底压力阈值的对比，实时得到前脚掌和后脚跟的触地情况；

对摆动期和支撑期的判定：当前脚掌和后脚跟两部分中的任一一部分根据所述足底压力阈值被判定为触地状态，则判定该足为支撑期，否则判定该足为摆动期；当所述前脚掌和后脚跟两部分根据所述足底压力阈值都被判定为触地状态时，则被判定为支撑期中的全脚掌触地状态；当所述前脚掌部分根据所述足底压力阈值都被判定为触地状态时，且所述后脚跟部分根据所述足底压力阈值都被判定为离地状态时，则被判定为支撑期中的脚跟离地状态；将后脚跟触地到全脚掌触地的时间段划分为支撑初期，将全脚掌触地到后脚跟离地的时间段划分为支撑中期，将后脚跟离地到前脚掌离地的时间段划分为支撑末期；

根据所述足部分装有的三轴加速度传感器，得到足部分在行走中沿前进方向的加速度值，设定摆动中期加速度阈值；当实际监测的加速度值大于该阈值的上限时，被判定为摆动初期，当实际测量的加速度值小于该阈值的下限时，被判定为摆动后期，当实际测量的加速度值处于设定的摆动中期加速度阈值上下限中间时，被判定为摆动中期。

2.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

通过电机拉开所述行走助力装置的大小腿部分的角度，以使所述行走助力装置中的底座部分上升或产生上升的趋势，从而在底座部分接触穿戴者的裆部后产生向上的托举力；初始状态，启动双腿的电源开关，拉动底座部分，将底座部分拉到裆部的合适位置，在此过程中，行走助力装置的大小腿部分已经开始工作，提供大小腿部分之间角度的打开动作，从而提供助力，站立稳定后，通过大小腿部分的长度和大小腿部分与地面的角度得到从穿戴者的脚到裆部的直线距离；

所述底座部分的三轴加速度传感器，实时监测底座在垂直轴方向的时间位移情况，以此代替通过大小腿部分的角度和大小腿部分的长度来计算得到的底座在垂直轴方向的时间位移情况。

3.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

助力环境分为平地行走、上下坡行走、上下楼行走、下蹲或下蹲行走；

助力策略为：

以健康人群膝关节的关节力矩在不同所述助力环境下的力矩时间统计平均曲线为依据，对所述行走助力装置控制驱动电机产生对穿戴者托举力的大小进行动态预设；

以健康人群骨盆沿垂直轴方向的摆动位移在不同所述助力环境下的位移时间统计平均曲线为依据，对所述行走助力装置控制驱动电机产生底座部分的位移大小进行动态预设；

平地行走，使用均匀助力；上坡行走，上楼行走，主要由位于前方的大小腿部分提供助力；下坡行走，下楼行走，主要由位于后方的大小腿部分提供助力；下蹲动作产生后，助力的动态预设值提高；

助力由处于支撑期的大小腿部分提供，当双腿都处于支撑期时，由两条大小腿部分同时提供助力，两条大小腿部分根据其本侧足底压力的大小按照动态预设值按比例分摊给两条大小腿部分；当一条腿处于支撑期，一条腿处于摆动期时，由处于支撑期的腿单独提供助力；

所述底座部分在垂直轴上的位移，根据所述大小腿部分的角度和所述大小腿部分的长度得到实时动态的位移信息；

根据助力和底座部分位移的预设值和实际测量值之间的差距，调整对驱动电机的控制，即通过反馈实际助力和实际底座部分位移的数据，处理模块调整对驱动电机的控制，使实际测量值达到预设值，从而形成反馈控制；

当两条所述大小腿部分之间的角度都打开到预设安全角度之后，即底座处于某一高度以上，而助力仍然没有达到预设值时，为了使用者的使用安全，不再提供大小腿部分之间的角度继续拉开。

4.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

助力环境分为平地行走、上下坡行走、上下楼行走、下蹲或下蹲行走；

对于助力环境的判定：

对于下蹲或下蹲行走状态的判定，判定条件是：在行走过程中，通过大小腿部分的长度和大小腿部分与地面的角度得到从穿戴者的脚到裆部的直线距离，该直线距离在双腿上同时减少到预设的蹲姿阈值以下时，被判定为下蹲或下蹲行走；

对下楼行走的判定，判定条件是：当足底压力在支撑期的第一峰值高于第二峰值时，此时的足底压力由所述足部分的压力传感器测量得到，被判定为下楼行走；或者当前脚掌比后脚跟先触地时，此时由所述足部分的前脚掌部分和后脚跟部分的足底压力与其各自的触地阈值的比较结果和时间参数得到，被判定为下楼行走；或者在步态周期中前脚掌压力低于前脚掌踩空的预设值，被判定为下楼行走；

对下坡行走的判定，判定条件是：当在支撑初期与前进方向相反的加速度大于下坡行走反向加速度阈值时，且未出现下楼行走的判定条件时，此时所述反向加速度的测量由所述足部分的三轴加速度传感器提供，被判定为下坡行走；或者当支撑期占步态周期的比例小于下坡行走支撑期比例阈值时，被判定为下坡行走；

对上坡行走的判定，判定条件是：当步态周期中的支撑期的脚跟离地时间占整个步态周期超过预设的上坡行走脚跟离地时间比例阈值时，被判定为上坡行走；或者当在支撑期的中后期，如果与前进方向相同的加速度超过上坡正向加速度阈值时，被判定为上坡行走；

对上楼行走的判定，判定条件是：当支撑期占步态周期比例大于上楼行走支撑期比例阈值时，被判定为上楼行走；或者在步态周期中后脚跟压力低于后脚跟踩空的预设值，被判定为上楼行走；

站立不动的判定，判定条件是：所述大小腿部分的角度基本不变；

其余情况被判定为平地行走状态。

5.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

助力环境分为平地行走、上下坡行走、上下楼行走、下蹲或下蹲行走；

其中，根据大小腿部分的角度，得到膝关节角度；

对上坡行走或上楼行走的判定，判定条件是：在支撑期初期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的上行支撑期膝关节变化阈值时，被判定为上坡或上楼行走；在摆动期末期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的上行摆动期膝关节变化阈值时，被判定为上坡或上楼行走；

对下坡行走或下楼行走的判定，判定条件是：在支撑期末期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的下行支撑期膝关节变化阈值时，被判定为下坡或下楼；在摆动期初期膝关节角度变小，当变小的值超过了预设的下行摆动期膝关节变化阈值时，被判定为上坡或上楼行走；

当膝关节角度未出现上述变化时被判定为平地行走；

其中，根据所述小腿部分和足部分的角度，得到踝关节角度；

对下楼行走的判定，判定条件是：当踝关节角度在支撑期后期的角度小于预设的下楼行走支撑期踝关节角度阈值时，被判定为下楼行走；当踝关节角度在摆动期内变大时，且没有出现两次由小变大再变小的过程，被判定为下楼行走；

对上楼行走的判定，判定条件是：当踝关节角度在支撑期后期的角度迅速增大，增大的量超过了预设的上楼行走支撑期踝关节角度增量阈值时，被判定为上楼行走；当踝关节角度在摆动期内变小时，且没有出现两次由小变大再变小的过程，被判定为上楼行走；对平地行走，上坡行走，下坡行走的判定，判定条件是：当踝关节的角度在摆动期有两次由小变大，再由大变小时，被判定为平地行走、上坡行走、下坡行走。

6.根据权利要求3或4或5所述的行走助力装置，其特征在于：

助力环境分为平地行走、上下坡行走、上下楼行走、下蹲或下蹲行走；

当对不同助力环境进行判定时，对各环境的判定条件进行依次对照，当某一种助力环境满足的条件最多时，该助力环境判定胜出，根据该助力环境选择对应的助力策略，根据对应的助力策略得到预设的动态助力值和预设的动态底座部分位移值，从而控制驱动电机进行反馈控制；

如果某两种或两种以上的助力环境满足的条件同样最多时，按照下蹲或下蹲行走、下楼行走、上楼行走、上坡行走、下坡行走、平地行走的优先级从高到低的顺序进行判定。

7.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

所述装置还包括自学习模块，所述自学习模块根据所述穿戴者从脚到裆部的直线距离来引导动态底座部分位移时间统计平均曲线的选取，再根据实际使用中底座部分和穿戴者裆部的贴合程度，即接触力，进行学习调整，学习符合穿戴者个人行走中盆骨摆动的特征，并修正原来的预设动态底座部分位移时间统计平均曲线；

所述自学习模块，在做助力环境判定时，根据每一个完整步行周期结束时对该步行周期的助力环境的判定结果，来修正在此步行周期过程中就做出判定结果，且判定结果错误的条件的预设阈值，使其改变阈值后判定为正确；

在行走过程中，穿戴者能够看到所述行走助力装置当前的助力环境判定，如果该判定与实际情况不符或穿戴者希望选择一种自己喜欢的助力环境，则可调整当前的助力环境，即助力环境能够按照穿戴者的意愿在行走过程中设定，设定之后，所述自学习模块会将当前环境的特征与被设定的助力环境进行匹配，修改判定条件中的判定阈值，使当前环境的特征再次出现时被判定为穿戴者设定的助力环境；

所述自学习模块，还能够根据外部设备对所述行走助力装置的预设值的调整，学习到穿戴者个人的使用习惯。

8.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

所述装置还包括自学习模块，所述自学习模块包括人工神经网络，控制中使用到的所有预设值或预设阈值被作为助力环境判定的特征值，实际助力环境作为结果，对人工神经网络系统进行训练；使用过程中能够根据需要进行再训练；

所述人工神经网络，根据外部设备对所述行走助力装置控制系统的预设值或预设阈值的调整，对助力策略进行自修改；

所述行走助力装置在关电前，将所有预设值或预设阈值保存起来，待下次启动时，直接加载运行。

9.根据权利要求1所述的行走助力装置，其特征在于：

对步态周期的计算：根据所述行走助力装置足部分前脚掌和后脚跟部分的足底压力判定该足是否离地，行走过程中从一只脚的离地开始到下一次该足的离地的时间即为步态周期的时间；

步频的判断：步态周期的倒数；

步速的判断：根据所述行走助力装置足部分前脚掌和后脚跟部分的足底压力判定前方脚后脚跟触地时，按照大小腿部分的角度和所述大小腿部分的长度得到双脚之间的距离，步速就等于双脚之间的距离乘以2乘以步频；

滑倒的判断：当所述行走助力装置左右两只足部分上的前脚掌和后脚跟部分的压力传感器上的数值都判定为离地时，并且所述大、小腿部分的三轴加速度传感器感受到了向地面方面的接近重力加速度的加速度值以后，判断此时为滑倒状态，所述助力行走装置的控制系统将安装在所述底座部分上的气囊弹出充气，并发送滑倒信息通知指定的外部设备。

10.一种行走助力装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法应用于如权利要求1-9任一项所述的行走助力装置的控制系统。