CN107343844B - 上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统 - Google Patents

上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统；其中，该方法包括：通过力传感器获取用户发出的施力信号；根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。本发明可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。

Description

上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统
技术领域
本发明涉及助力外骨骼技术领域，尤其是涉及一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统。
背景技术
现有的上肢助力外骨骼系统，在用于上肢康复时，大多采用预先设定各个关节的位置曲线，驱动各个关节运动，进而带动用户上肢进行被动训练，用户只能被动跟随上肢外骨骼进行伸展运动，康复效果较差；上述上肢助力外骨骼系统在用于上肢助力时，大多采用关节力矩传感器或肌电传感器进行采集用户的运动意图与运动幅值等相关数据，这些传感器采集的信号易受外界干扰，很难精确估计用户施加力并补偿系统重力和摩擦力，导致上肢助力外骨骼系统力感较差，用户体验度较差。
针对现有的上肢助力外骨骼系统力感较差，导致用户体验度较差的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统，以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使用户进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高用户的体验度。
第一方面，本发明实施例提供了一种上肢助力外骨骼的控制方法，方法由上肢助力外骨骼系统的中控模块执行，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；方法包括：通过力传感器获取用户发出的施力信号；根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述根据施力信号，生成电机的驱动信号的步骤，包括：将施力信号分解至多个电机对应的各个方向上；其中，施力信号包括用户发出的握力或握力矩的大小和方向；根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的电机的驱动信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述机械结构上还设置有位置传感器；位置传感器与中控模块连接；接收机械结构的反馈信号的步骤，包括：通过力传感器获取握力点的受力反馈信号；通过位置传感器获取负载的位置反馈信号。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号相匹配的步骤，包括：当施力信号逐渐增加时，增大驱动信号中的速度信号和位置信号的增量；当施力信号逐渐减少时，减少驱动信号中的速度信号和位置信号的增量；当施力信号为零时，设置驱动信号中的速度信号为零。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与驱动信号相匹配的步骤，包括：计算获得位置反馈信号与驱动信号的差值；根据差值调整驱动信号，直至负载的位置反馈信号与驱动信号相同。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：在机械结构运动过程中，将位置信号输入至预设的设定力模型，输出位置信号对应的设定力信号；其中，设定力模型中包括位置信号与设定力信号的对应关系；实时检测用户发出的变化的施力信号；计算施力信号与设定力信号的合力；当合力对应的位置信号与电机当前的实际位置信号产生差值，或者，上述驱动信号中的速度信号不为零时，驱动电机控制机械结构运动。
第二方面，本发明实施例提供了一种上肢助力外骨骼的控制装置，装置设置于上肢助力外骨骼系统的中控模块中，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；装置包括：信号获取模块，用于通过力传感器获取用户发出的施力信号；信号生成模块，用于根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；驱动模块，用于根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；调整模块，用于在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述信号生成模块，包括：力分解单元，用于将施力信号分解至多个电机对应的各个方向上；其中，施力信号包括用户发出的握力或握力矩的大小和方向；信号生成单元，用于根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的电机的驱动信号。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，上述机械结构上还设置有位置传感器；位置传感器与中控模块连接；调整模块还用于：通过力传感器获取握力点的受力反馈信号；通过位置传感器获取负载的位置反馈信号。
第三方面，本发明实施例提供了一种上肢助力外骨骼系统，系统包括中控模块、力传感器、位置传感器、电机和机械结构；力传感器、位置传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器、位置传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统，中控模块通过力传感器获取的施力信号，可以获得用户的运动意图；再根据该施力信号，生成电机的驱动信号，进而驱动电机控制机械结构运动；该过程中，中控模块接收机械结构的反馈信号，根据该反馈信号实时调整上述驱动信号；上述通过反馈信号调节驱动信号或施力信号的方式，可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种上肢助力外骨骼的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的第二种上肢助力外骨骼的控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的第二种上肢助力外骨骼的控制方法中，信号反馈机制的示意图；
图4为本发明实施例提供的第三种上肢助力外骨骼的控制方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的第三种上肢助力外骨骼的控制方法中，一种信号反馈机制的示意图；
图6为本发明实施例提供的第三种上肢助力外骨骼的控制方法中，另一种信号反馈机制的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼的控制装置的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到现有的上肢助力外骨骼系统力感较差，导致用户体验度较差的问题，本发明实施例提供了一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统；该技术可以应用于用户通过上肢助力外骨骼系统进行上肢助力、上肢康复等过程中；该技术可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。
实施例一：
参见图1所示的第一种上肢助力外骨骼的控制方法的流程图；该方法由上肢助力外骨骼系统的中控模块执行，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；
上述方法包括如下步骤：
步骤S102，通过力传感器获取用户发出的施力信号；
步骤S104，根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，该驱动信号包括机械结构运动的速度信号和位置信号；
步骤S106，根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；
步骤S108，在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。
在实际实现时，上述步骤S108，可以使反馈信号与施力信号或驱动信号相匹配，也可以使反馈信号同时与施力信号和驱动信号相匹配。
上述力传感器可以是多维的力传感器(例如，六维力传感器)，可以通过多个维度检测用户在各个方向上的施力信号；该施力信号中包含了用户运动意图；例如，在助力过程中，用户希望实现托举负载的运行意图，上述力传感器会检测到用户的发出的施力信号中，一部分为方向向上的力，另一部分为方向向前的力；当获取到该施力信号后，中控模块则生成相应的驱动信号，驱动电机带动机械结构随着用户上肢运动，帮助用户托举负载。
可以理解，上述电机也可以是多自由度的电机，不同自由度上的电机控制机械机构向不同维度的方向上运动，以对应上述施力信号中各个方向上的力所代表的运动意图。
上述中控模块在驱动电机控制机械结构运动过程中，还会实时接收机械结构上设置的反馈装置发送的反馈信号，根据对反馈信号的分析、处理，实时调整驱动信号的大小、方向等参数，以使通过反馈信号获得的机械结构的真实的运动过程与用户的运动意图相匹配。
本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼的控制方法，中控模块通过力传感器获取的施力信号，可以获得用户的运动意图；再根据该施力信号，生成电机的驱动信号，进而驱动电机控制机械结构运动；该过程中，中控模块接收机械结构的反馈信号，根据该反馈信号实时调整上述驱动信号；上述通过反馈信号调节驱动信号或施力信号的方式，可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。
实施例二：
参见图2所示的第二种上肢助力外骨骼的控制方法的流程图；该方法在实施例一中提供的上肢助力外骨骼的控制方法的基础上实现；该方法由上肢助力外骨骼系统的中控模块执行，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；机械结构上还设置有位置传感器；位置传感器与中控模块连接；
上述方法包括如下步骤：
步骤S202，通过力传感器获取用户发出的施力信号；
步骤S204，将施力信号分解至多个电机对应的各个方向上；其中，施力信号包括用户发出的握力或握力矩的大小和方向；
步骤S206，根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的电机的驱动信号。
在步骤S206中，可以将上述施力信号输入至预设的上肢数学模型中，从而输出该施力信号对应的驱动信号。该上肢数据模型可以根据人体的上肢运动中，力、速度和位置之间的关系建立。
步骤S208，根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；
在实际实现时，上述机械结构上设置有多个电机，以使机械结构在不同的方向上运动；因而，采用力的分解，将上述施力信号分解至多个电机对应的各个方向上；根据每个方向上的分力的大小和方向，可以生成各个方向上的电机对应的驱动信号；各个驱动信号综合控制相应的电机，以使机械结构的运动与施力信号所代表的用户的运动意图相匹配。
步骤S210，在机械结构运动过程中，通过力传感器获取握力点的受力反馈信号；通过位置传感器获取负载的位置反馈信号。
步骤S212，计算获得位置反馈信号与驱动信号的差值；
步骤S214，根据差值调整驱动信号，直至负载的位置反馈信号与驱动信号相同。
通过上述步骤S212和S214，可以根据位置反馈信号调整电机的驱动信号，以使负载的运动位置与用户发出的施力信号中代表的运动意图相匹配，即实现用户和机械结构的位置之间的平衡。
步骤S216，当施力信号逐渐增加时，增大驱动信号中的速度信号和位置信号的增量；当施力信号逐渐减少时，减少驱动信号中的速度信号和位置信号的增量；当施力信号为零时，设置驱动信号中的速度信号为零。其中，当速度信号为零时，即代表负载的实际位置与驱动信号中的位置信号相同。在实际实现时，当速度信号大于零时，位置信号不减小；但是，随着速度信号的减小，位置信号的增量逐渐减小。
通过步骤S216，可以使负载的受力与用户的施力相匹配，即实现用户和机械结构的力之间的平衡。
在实际实现时，步骤S212和S214所进行的位置平衡与步骤S216所进行的力的平衡，同时进行。
参见图3所示的第二种上肢助力外骨骼的控制方法中，信号反馈机制的示意图；中控模块通过力传感器获取用户发出的施力信号后，将该施力信号输入至上肢数学模型，输出驱动信号；该驱动信号驱动相应的电机、机械结构等执行机构，以带动外部的负载运动；在运动过程中，通过力传感器获取握力点的受力反馈信号；通过位置传感器获取负载的位置反馈信号；根据受力反馈信号和位置反馈信号分别调整输入至上肢数学模型的施力信号和控制执行机构的驱动信号，直至用户和机械结构的力和位置均实现平衡。
本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼的控制方法，中控模块通过力传感器获取的施力信号，可以获得用户的运动意图；再将该施力信号进行分解，生成电机的驱动信号，进而驱动电机控制机械结构运动；该过程中，中控模块接收机械结构的受力反馈信号和位置反馈信号，再根据受力反馈信号和位置反馈信号分别调整施力信号和驱动信号，以使用户和机械结构的力和位置均实现平衡；上述通过反馈信号调节驱动信号或施力信号的方式，可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。
实施例三：
参见图4所示的第三种上肢助力外骨骼的控制方法的流程图；该方法在实施例二中提供的上肢助力外骨骼的控制方法的基础上实现；该方法由上肢助力外骨骼系统的中控模块执行，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；机械结构上还设置有位置传感器；位置传感器与中控模块连接；
步骤S402，通过力传感器获取用户发出的施力信号；
步骤S404，根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，该驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；
步骤S406，根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；
步骤S408，在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。
步骤S410，在机械结构运动过程中，将上述位置信号输入至预设的设定力模型，输出该位置信号对应的设定力信号；其中，该设定力模型中包括位置信号与设定力信号的对应关系；在实际实现时，该设定力模型中还包括位置信号、速度信号或加速度信号与设定力信号的对应关系；具体地，设定力模型中包括速度信号与阻尼力的对应关系、以及加速度信号与惯性力的对应关系。
步骤S412，实时检测用户发出的变化的施力信号；
步骤S414，计算该施力信号与上述设定力信号的合力；
步骤S416，当合力对应的位置信号与电机当前的实际位置信号产生差值，或者，驱动信号中的速度信号不为零时，驱动电机控制机械结构运动。
可以理解，将上述合力作用输入至上肢数学模型，即输出对应的驱动信号，该驱动信号包括位置信号与速度信号，进而驱动电机控制机械结构按照驱动信号运动，即电动机跟随驱动信号。若合力作用为0，则机械结构平衡在设定位置处。
具体地，当施力信号与设定力信号的合力所产生的设定位置信号与实际位置信号产生差值时，驱动电动机带动负载进行运动。只要设定位置和反馈位置存在差值，系统就调整电动机驱动信号，以调整握力点力大小和电动机实际位置。当握力点施力大小克服设定力时，驱动电动机朝运动意图方向以设定的速度到达设定的位置。
参见图5所示的第三种上肢助力外骨骼的控制方法中，一种信号反馈机制的示意图；上述数学模型输出的驱动信号中携带有位置信号；该位置信号输入至设定力模型，输出该位置信号对应的设定力，该设定力与力传感器发出的施力信号的合力，输入至上肢数学模型，输出新的驱动信号。
例如，当设定力模型中设定，输入的位置信号越大，其输出的设定力越大时，用户想要移动机械结构，则需要用更大的力；因而，该设定力模型通常用于用户上肢力量的康复训练中。
参见图6所示的第三种上肢助力外骨骼的控制方法中，另一种信号反馈机制的示意图；图6中，在图3或图5的基础上，进一步细化了信号的反馈机制；控制执行机构的驱动信号受到力前馈信号、速度前馈信号以及位置控制信号的综合调节；其中，用户发出的施力信号输入至力前馈控制模块，经处理后，输出力前馈信号；上肢数学模型输出的速度信号输入至速度前馈控制模块，经处理后，输出速度前馈信号；位置传感器获取负载的位置反馈信号，输入至位置控制模块，经处理后，输出位置控制信号。
通常，力前馈控制模块和速度前馈控制模块可以控制执行机构的运动速度，同时可以加快执行机构的响应速度。
本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼的控制方法，在机械结构运动过程中，将位置信号输入至预设的设定力模型，输出该位置信号对应的设定力信号；实时检测并计算用户发出的变化的施力信号与设定力信号的合力；当该合力对应的电机的实际位置信号与位置信号产生差值时，驱动电机控制机械结构运动。该方式可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。
实施例四：
对应于上述方法实施例，参见图7所示的一种上肢助力外骨骼的控制装置的结构示意图；该装置设置于上肢助力外骨骼系统的中控模块中，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；
上述装置包括：
信号获取模块60，用于通过力传感器获取用户发出的施力信号；
信号生成模块61，用于根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；
驱动模块62，用于根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；
调整模块63，用于在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。
进一步地，上述信号生成模块，包括：力分解单元，用于将施力信号分解至多个电机对应的各个方向上；其中，施力信号包括用户发出的握力或握力矩的大小和方向；信号生成单元，用于根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的电机的驱动信号。
进一步地，上述机械结构上还设置有位置传感器；位置传感器与中控模块连接；调整模块还用于：通过力传感器获取握力点的受力反馈信号；通过位置传感器获取负载的位置反馈信号。
本发明实施例提供的一种上肢助力外骨骼的控制装置，中控模块通过力传感器获取的施力信号，可以获得用户的运动意图；再根据该施力信号，生成电机的驱动信号，进而驱动电机控制机械结构运动；该过程中，中控模块接收机械结构的反馈信号，根据该反馈信号实时调整上述驱动信号；上述通过反馈信号调节驱动信号或施力信号的方式，可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。
实施例五：
对应于上述方法实施例和装置实施例，参见图8所示的一种上肢助力外骨骼系统的结构示意图；该系统包括中控模块70、力传感器71、位置传感器72、电机73和机械结构74；
上述力传感器71、位置传感器72和电机73分别与中控模块70连接；力传感器71、位置传感器72和电机73设置于机械结构74上；电机73用于控制机械结构74运动。
本发明实施例提供的上肢助力外骨骼系统，与上述实施例提供的上肢助力外骨骼的控制方法和装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例提供的上肢助力外骨骼的控制方法和装置和上肢助力外骨骼系统，在握力点处安装六维力传感器检测人体手臂运动意图，并通过检测力/力矩的大小判断各个方向的运动幅度以及运动速度，驱动相应的关节运动；该方式不需要精确的机械结构数学模型以及摩擦力模型，能够最大程度补偿机械结构产生的重力和摩擦力，并根据用户实际情况，调整设定力与位置关系。
本发明实施例提供的上肢助力外骨骼的控制方法和装置和上肢助力外骨骼系统，是一种基于力/力矩反馈闭环结构的助力/康复上肢外骨骼系统；通过该系统能够实现实时位置和实时力/力矩控制。具体地，在助力方面，用户只需施加极小的作用力就能提起一定重量大小的重物；在康复方面，根据患者情况调整系统出力大小或者轨迹曲线，辅助患者进行康复训练。
本发明实施例所提供的上肢助力外骨骼的控制方法和装置和上肢助力外骨骼系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种上肢助力外骨骼的控制方法，其特征在于，所述方法由上肢助力外骨骼的中控模块执行，所述上肢助力外骨骼包括中控模块、力传感器、位置传感器、电机和机械结构；所述力传感器、位置传感器和所述电机分别与所述中控模块连接；所述力传感器、位置传感器和所述电机设置于所述机械结构上；所述电机用于控制所述机械结构运动；
所述方法包括：
步骤1，通过所述力传感器获取用户发出的施力信号；
步骤2，将所述施力信号输入至预设的上肢数学模型中以生成所述电机的驱动信号；其中，所述驱动信号包括所述机械结构的速度信号和位置信号；根据所述驱动信号，驱动所述电机控制所述机械结构运动；
步骤3，在所述机械结构运动过程中，将所述位置信号输入至预设的设定力模型，输出所述位置信号对应的设定力信号；其中，所述设定力模型中包括所述位置信号与所述设定力信号的对应关系；
步骤4，通过力传感器实时检测所述用户发出的变化的施力信号；通过所述位置传感器获取用户上肢的位置反馈信号；计算该施力信号与所述设定力信号的合力；将该合力输入至上述预设的上肢数学模型中输出新的驱动信号；新的驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；
当所述新的驱动信号中的位置信号与所述位置传感器感测的位置反馈信号产生差值，根据所述差值调整所述驱动信号，直至所述位置反馈信号与所述新的驱动信号中位置信号相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中将所述施力信号输入至预设的上肢数学模型中生成所述电机的驱动信号包括：
将所述施力信号分解至多个所述电机对应的各个方向上；其中，所述施力信号包括所述用户发出的握力或握力矩的大小和方向；
根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的所述电机的驱动信号。
3.一种上肢助力外骨骼的控制装置，其特征在于，所述上肢助力外骨骼包括中控模块、力传感器、位置传感器、电机和机械结构；所述控制装置设置于上肢助力外骨骼的中控模块中，所述力传感器、位置传感器和电机分别与所述控制装置连接；所述力传感器、位置传感器和电机设置于所述机械结构上；所述电机用于控制所述机械结构运动；
所述装置包括：
信号获取模块，用于通过所述力传感器获取用户发出的施力信号；通过所述位置传感器获取上肢的位置反馈信号；
信号生成模块，用于将所述施力信号输入至预设的上肢数学模型中以生成所述电机的驱动信号；其中，所述驱动信号包括所述机械结构的速度信号和位置信号；
驱动模块，用于根据所述驱动信号，驱动所述电机控制所述机械结构运动，以使所述机械结构带动外部的负载运动；
所述装置还包括：
第一计算模块，用于在所述机械结构运动过程中，将所述位置信号输入至预设的设定力模型，输出所述位置信号对应的设定力信号；其中，所述设定力模型中包括所述位置信号与所述设定力信号的对应关系；
检测模块，通过力传感器实时检测所述用户发出的变化的施力信号以及通过所述位置传感器获取上肢的位置反馈信号；
第二计算模块，用于计算力传感器实时检测的所述用户发出的变化的所述施力信号与所述设定力信号的合力；将所述合力输入至上述预设的上肢数学模型中输出新的驱动信号；新的驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；
判断模块，当所述新的驱动信号中的位置信号与所述位置传感器感测的位置反馈信号产生差值，根据所述差值调整所述驱动信号，直至所述位置反馈信号与所述新的驱动信号中位置信号相同。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号生成模块，包括：
力分解单元，用于将所述施力信号分解至多个所述电机对应的各个方向上；其中，所述施力信号包括所述用户发出的握力或握力矩的大小和方向；
信号生成单元，用于根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的所述电机的驱动信号。
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