CN110405736B - 助行控制方法及系统、外骨骼机器人和终端 - Google Patents

助行控制方法及系统、外骨骼机器人和终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种助行控制方法及系统、外骨骼机器人和终端，其中，助行控制方法包括：获取外骨骼机器人的活动关节的运动信息，根据运动信息确定运动意图；根据运动意图确定对应的助行控制参数，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行。应用了本发明提供的技术方案，通过获取外骨骼机器人活动关节的运动信息，即可实现对穿戴者运动意图的准确识别，无需设置额外的传感设备，使得外骨骼机器人的穿、脱过程简单，同时不会对用户运动造成妨碍，在保证对用户的运动意图的准确识别的基础上，保证了外骨骼机器人的易用性和安全性。

Description

助行控制方法及系统、外骨骼机器人和终端
技术领域
本发明涉及外骨骼机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种助行控制方法、一种助行控制系统、一种外骨骼机器人、一种终端、一种计算机装置和一种计算机可读存储介质。
背景技术
一般来说，对于具有运动意图识别的外骨骼助行设备，主要基于脑电信号和肌肉电信号的变化来实现运动意图识别，该两种主动识别方法具有以下缺点：
脑电信号的采集需要设置配套的电极帽等穿戴复杂的设备，不仅成本高昂，同时穿戴者在实际运动过程也会造成不方便。
肌肉电信号的采集需要肌电传感器与皮肤紧密贴合，穿戴过程中会导致用户肌肉的紧绷，从而引起肌肉信号的差异性并引入噪声信号，大大降低了运动意图识别的准确性和外骨骼机器人使用的安全性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一方面提出一种助行控制方法。
本发明的第二方面提出一种助行控制系统。
本发明的第三方面提出一种外骨骼机器人。
本发明的第四方面提出一种终端。
本发明的第五方面提出一种计算机装置。
本发明的第六方面提出一种计算机可读存储介质。
有鉴于此，本发明的第一方面提供了一种助行控制方法，用于控制外骨骼机器人，助行控制方法包括：获取外骨骼机器人的活动关节的运动信息，根据运动信息确定运动意图；根据运动意图确定对应的助行控制参数，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行。
在该技术方案中，外骨骼机器人在用户需要助行辅助(扭矩补偿)的关节处对应设置有活动关节，通过活动关节辅助用户的行动。在助行过程中，通过获取活动关节处的运动信息，可以准确地识别用户的运动意图，进而针对运动意图确定对应的助行控制参数，以控制外骨骼机器人进行助行。
应用了本发明提供的技术方案，通过获取外骨骼机器人活动关节的运动信息，即可实现对穿戴者运动意图的准确识别，无需设置额外的传感设备，如脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等，因此无需增加额外的成本，使得产品本身可以保持低廉的成本。同时，用户在穿戴外骨骼机器人时，无需穿戴脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等穿戴复杂的部位，使得外骨骼机器人的穿、脱过程简单，同时不会对用户运动造成妨碍，在保证对用户的运动意图的准确识别的基础上，保证了外骨骼机器人的易用性和安全性。
另外，本发明提供的上述技术方案中的助行控制方法还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，进一步地，外骨骼机器人的活动关节包括第一活动关节和第二活动关节，运动信息包括角度值和角速度，根据运动信息识别运动意图的步骤具体包括：基于第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均大于第一角度阈值；和/或第一活动关节旋转的角速度大于第一角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度大于第二角速度阈值，则确定运动意图为弯腰。
在该技术方案中，外骨骼机器人的活动关节具体包括第一活动关节和第二活动关节，分别对应用户的左、右髋关节。活动关节的运动信息包括活动关节的角度和活动关节的角速度。
具体地，可通过设置于活动关节处的电机所集成的编码器获取活动关节的运动信息。以第一活动关节为左髋关节，第二活动关节为右髋关节为例，弯腰开始时，左右髋关节对应的活动关节的角度往正方向(即人脸朝向的方向)变大，并具有正向角速度值。因此当检测到第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均大于第一角度阈值，和/或当检测到第一活动关节旋转的角速度大于第一角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度大于第二角速度阈值的情况，则可以确定用户的运动意图为弯腰。
在上述任一技术方案中，进一步地，根据运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：基于第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的一个大于第一角度阈值，第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的另一个小于第一角度阈值；和/或第一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的一个大于第一角速度阈值，第一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的另一个小于第一角速度阈值，则确定运动意图为迈腿。
在该技术方案中，以第一活动关节为左髋关节，第二活动关节为右髋关节为例，在用户左腿或右腿迈出时，以迈出左腿为例，左腿向正方向迈出，右腿会自然地随着人体重心移动向负方向摆动，即左腿的电机的编码器识别到第一活动关节的角度沿正方向变大，同时具有正方向的角速度，右第二活动关节的角度沿负方向变大(即具有负值)，同时具有负方向的角速度。因此当第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的一个大于第一角度阈值，第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的另一个小于第一角度阈值时，和/或当检测到一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的一个大于第一角速度阈值，第一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的另一个小于第一角速度阈值时，可以识别到对应的运动意图为迈腿。
进一步地，当识别到运动意图为迈腿时，可针对对应活动关节的转动方向进行扭矩补偿。
在上述任一技术方案中，进一步地，根据运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：基于第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均小于第二角度阈值；和/或第一活动关节旋转的角速度小于第三角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度小于第四角速度阈值，则确定运动意图为起身。
在该技术方案中，在用户弯腰之后，进一步识别用户起身的运动意图。以第一活动关节为左髋关节，第二活动关节为右髋关节为例，弯腰开始时，左右腿对应的活动关节的角度往正方向变大，并具有正向角速度值，而起身时活动关节的状态与弯腰状态相反，因此当检测到第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均小于第二角度阈值，和/或检测到第一活动关节旋转的角速度小于第三角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度小于第四角速度阈值时，可以确定用户的运动意图为起身。
在上述任一技术方案中，进一步地，根据运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：基于第一活动关节旋转的角速度大于第三角速度阈值，且第一活动关节的角速度小于第一角速度阈值，同时第二活动关节旋转的角速度大于第四角速度阈值，且第二活动关节的角速度小于第二角速度阈值，则确定运动意图为站定。
在该技术方案中，在用户迈腿行走开始后，进一步识别用户停止行走，即站定的运动意图。具体地，当检测到第一活动关节旋转的角速度大于第三角速度阈值，且第一活动关节的角速度小于第一角速度阈值，同时第二活动关节旋转的角速度大于第四角速度阈值，且第二活动关节的角速度小于第二角速度阈值时，即说明双腿均无进一步迈出的运动意图，此时判断用户的运动意图为站定。
在上述任一技术方案中，进一步地，在根据运动信息识别运动意图的步骤之前，助行控制方法还包括：在站定状态下获取第一活动关节和第二活动关节的站定运动信息；根据站定运动信息确定第一角速度阈值、第二角速度阈值、第三角速度阈值和第四角速度阈值。
在该技术方案中，当通过活动关节的角速度来识别用户的运动意图时，由于人体站定时非完全静止，因此各关节会存在一定的自然摆动，因此会获取到一定的自然角速度。为了防止误判，在用户站定状态时，获取第一活动关节和第二活动关节的站定运动信息，其中，站定运动信息具体包括了站定时第一活动关节和第二活动关节的自然摆动角速度，根据获取到的站定运动信息来确定用于识别用户“迈腿”和“弯腰”等运动意图的第一角速度阈值、第二角速度阈值、第三角速度阈值和第四角速度阈值，可以避免由于站定时自然摆动而导致误判。
在上述任一技术方案中，进一步地，提供根据提供站定运动信息确定提供第一角速度阈值、提供第二角速度阈值、提供第三角速度阈值和提供第四角速度阈值的步骤，具体为：根据站定运动信息获取第一活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第一最大角速度和第一最小角速度，以及获取第二活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第二最大角速度和第二最小角速度；获取第一预设角速度阈值、第二预设角速度阈值、第三预设角速度阈值和第四预设角速度阈值；基于第一最大角速度大于第一预设角速度阈值，确定第一最大角速度为第一角速度阈值；基于第一最大角速度小于或等于第一预设角速度阈值，确定第一预设角速度阈值为第一角速度阈值；基于第一最小角速度小于第二预设角速度阈值，确定第一最小角速度为第二角速度阈值；基于第一最小角速度大于或等于第二预设角速度阈值，确定第二预设角速度阈值为第二角速度阈值；基于第二最大角速度大于第三预设角速度阈值，确定第二最大角速度为第三角速度阈值；基于第二最大角速度小于或等于第三预设角速度阈值，确定第三预设角速度阈值为第三角速度阈值；基于第二最小角速度小于第四预设角速度阈值，确定第二最小角速度为第四角速度阈值；基于第二最小角速度大于或等于第四预设角速度阈值，确定第四预设角速度阈值为第四角速度阈值。
在该技术方案中，在外骨骼机器人生产时，会设定用于识别用户运动意图的预设角速度阈值。在未经过获取站定时的站定运动信息时，通过出厂预设的第一预设角速度阈值ω1、第二预设角速度阈值ω2、第三预设角速度阈值ω3和第四预设角速度阈值ω4来识别用户的运动意图。而由于用户站定时的姿势即稳定程度不同，因此当用户站定时，会持续获取用户的站定运动意图，具体为第一活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第一最大角速度ωmax1和第一最小角速度ωmin1，以及第二活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第二最大角速度ωmax2和第二最小角速度ωmin2。
比较获取的第一最大角速度、第一+最小角速度、第二最大角速度和第二最小角速度与对应的预设阈值之间的大小，若ωmax1>ω1，则第一角速度阈值ω左+＝ωmax1；反之，则第一角速度阈值ω左+＝ω1。若ωmin1<ω2，则第二角速度阈值ω左-＝ωmin1；反之，则ω左-＝ω2。第三角速度阈值和第四角速度阈值同理。如此，判定阈值可以自适应匹配不同用户的身体抖动情况。
在上述任一技术方案中，进一步地，在通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行的步骤之前，助行控制方法还包括：接收模式切换指令，根据模式切换指令控制外骨骼机器人进入自由模式或助行模式；其中，在助行模式下，执行通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行的步骤。
在该技术方案中，外骨骼机器人设置有模式切换开关，通过模式切换开关实现外骨骼机器人的助行模式的一键切换。具体地，在接收到模式切换指令后，外骨骼机器人在自由模式和助行模式之间循环切换。当且仅当外骨骼机器人处于助行模式下，外骨骼机器人才会执行助行。在自由模式下，穿戴者可完全自由地活动。
在上述任一技术方案中，进一步地，在根据运动意图确定对应的助行控制参数的步骤之前，助行控制方法还包括：在自由模式下，获取活动关节的自由运动信息，根据自由运动信息生成任一运动意图对应的步态数据；根据步态数据生成对应的助行控制参数。
在该技术方案中，在自由模式下，用户可自由行动。此时获取活动关节的自由运动信息，根据自由运动信息可确定用户的步态数据。具体地，比如在用户迈腿时，获取并记录此时活动关节的角度、角速度和/或电机的电流变化曲线，进而拟合成用户迈腿时的运动曲线。根据对用户每种运动意图对应的步态数据生成有针对性的助行控制参数，可以提高外骨骼机器人的助行效果。
在上述任一技术方案中，进一步地，活动关节处设置有电机，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行的步骤，具体为：基于助行控制参数拟合活动关节转动的角度随时间变化的第一控制曲线，通过第一控制曲线控制电机；或基于助行控制参数拟合活动关节转动的速度随时间变化的第二控制曲线，通过第二控制曲线控制电机；或基于助行控制参数确定控制电流，通过控制电流控制电机。
在该技术方案中，外骨骼机器人的关节处设置有电机，具体为一体化电机，由直流无刷电机、光电编码器和谐波减速器集成构成。当电机采用位置环控制时，基于助行控制参数拟合活动关节转动的角度随时间变化的第一控制曲线，通过第一控制曲线控制电机；当电机采用速度环控制时，基于助行控制参数拟合活动关节转动的速度随时间变化的第二控制曲线，通过第二控制曲线控制电机；当电机采用电流环控制时，基于助行控制参数确定控制电流，通过控制电流控制电机。
在上述任一技术方案中，进一步地，第一角度阈值的范围为：0°至10°；第二角度阈值的范围为：0°至30°。
在该技术方案中，综合考虑灵敏度和身体抖动引入的干扰，设置第一角度阈值θ0的范围满足：0°≤θ0≤10°；设置第二角度阈值θth的范围满足0°≤θth≤30°，可兼顾灵敏度和抗干扰能力。
可选地，θ0＝5°。
可选地，θth＝20°。
本发明的第二方面提供了一种助行控制系统，包括存储器和处理器，存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现：获取外骨骼机器人的活动关节的运动信息，根据运动信息识别运动意图；根据运动意图确定对应的助行控制参数，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行。
在该技术方案中，外骨骼机器人在用户需要助行辅助(扭矩补偿)的关节处对应设置有活动关节，通过活动关节辅助用户的行动。在助行过程中，通过获取活动关节处的运动信息，可以准确地识别用户的运动意图，进而针对运动意图确定对应的助行控制参数，以控制外骨骼机器人进行助行。
应用了本发明提供的技术方案，通过获取外骨骼机器人活动关节的运动信息，即可实现对穿戴者运动意图的准确识别，无需设置额外的传感设备，如脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等，因此无需增加额外的成本，使得产品本身可以保持低廉的成本。同时，用户在穿戴外骨骼机器人时，无需穿戴脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等穿戴复杂的部位，使得外骨骼机器人的穿、脱过程简单，同时不会对用户运动造成妨碍，在保证对用户的运动意图的准确识别的基础上，保证了外骨骼机器人的易用性和安全性。
本发明的第三方面提供了一种外骨骼机器人，该外骨骼机器人包括如上述任一技术方案中提供的助行控制系统，因此，该外骨骼机器人包括如上述任一技术方案中提供的助行控制系统的全部有益效果，在此不再赘述。
在上述技术方案中，进一步地，外骨骼机器人还包括：活动关节；电机，设置于活动关节，电机与助行控制系统相连接，电机用于驱动活动关节转动以实现助行；编码器，集成于电机，编码器用于获取活动关节的运动信息。
在该技术方案中，外骨骼机器人还包括活动关节，活动关节具体设置为对应穿戴者的髋关节。外骨骼机器人还包括电机，电机设置于活动关节处，同时电机还集成有编码器，通过编码器获取活动关节的运动信息，并通过助行控制系统根据运动信息生成对应的控制参数，以控制电机驱动活动关节转动以实现助行。
在上述任一技术方案中，进一步地，外骨骼机器人还包括：模式切换开关，设置于电机，模式切换开关与助行控制系统相连接，模式切换开关用于接收模式切换指令。
在该技术方案中，外骨骼机器人包括模式切换开关，设置于电机处，模式切换开关接收用户的切换指令，具体为按压操作，并根据切换指令控制外骨骼机器人进入自由模式或助行模式。
在上述任一技术方案中，进一步地，外骨骼机器人还包括：框架，框架与活动关节相连接，电机的本体设置于框架上；腿托，电机的输出端与腿托相连接，以驱动腿托通过活动关节相对框架摆动。
在该技术方案中，外骨骼机器人还包括框架和腿托，腿托通过活动关节与框架转动相连。具体地，电机的本体设置于框架上，电机的输出端与腿托相连接，当电机转动时，输出端带动腿托相对框架摆动。
在上述任一技术方案中，进一步地，框架还包括：背板组件，背板组件与活动关节相连接，背板组件包括：储能装置，与电机和助行控制系统相连接，用于为电机和助行控制系统提供电能。
在该技术方案中，框架包括背板组件，背板组件与活动关节相连接。背板组件包括储能装置，具体为电池，电池与电机和助行控制系统相连接。
可选的，背板组件朝向穿戴者的一侧设置有柔性背垫。
可选地，背板组件上设置有绑带，外骨骼机器人通过绑带穿戴于用户身上。
在上述任一技术方案中，进一步地，外骨骼机器人还包括：减速器，减速器与电机的输出端相连接。
在该技术方案中，电机的输出端处设置有减速器，用于提高电机的扭矩输出，同时避免电机转速过快腿托摆动过快。
可选地，减速器与电机集成设置，以构成一体式电机。
在上述任一技术方案中，进一步地，运动信息包括：角度值和角速度。
在该技术方案中，活动关节的运动信息包括活动关节的角度值和活动关节的角速度。具体地，通过编码器获取电机输出端的旋转位置，进而确定活动关节的角度。通过编码器获取电机输出端，即转子的角速度，进而确定活动关节的角速度。可选地，可通过编码器读取电机电流，根据电机电流计算活动关节的角速度。
本发明的第四方面提供了一种终端，该终端可以与上述任一技术方案中提供的外骨骼机器人进行交互，以控制该外骨骼机器人，且该终端包括如上述任一技术方案中的助行控制系统，因此，该终端至少包括上述任一技术方案中提供的助行控制系统的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明的第五方面提供了一种计算机装置，算机装置包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上述任一技术方案中提供的助行控制方法，因此，该计算机装置包括如上述任一技术方案中提供的助行控制方法的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明的第六方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案中提供的助行控制方法，因此，该计算机可读存储截止包括如上述任一技术方案中提供的助行控制方法的全部有益效果，在此不再赘述。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的助行控制方法的流程图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的助行控制方法的流程；
图3示出了根据本发明的再一个实施例的助行控制方法的流程；
图4示出了根据本发明的一个实施例的助行控制方法中运动意图的判断逻辑的示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的助行控制系统的框图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的外骨骼机器人的结构图。
其中，图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
2活动关节，4电机，42编码器，44模式切换开关，46减速器，6框架，62背板组件，622储能装置，8腿托。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图6描述根据本发明一些实施例所述助行控制方法、助行控制系统、外骨骼机器人、终端、计算机装置和计算机可读存储介质。
如图1所示，在本发明第一方面的实施例中，提供了一种助行控制方法，用于控制外骨骼机器人，助行控制方法包括：
S102，获取外骨骼机器人的活动关节的运动信息，根据运动信息确定运动意图；
S104，根据运动意图确定对应的助行控制参数，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行。
在该实施例中，外骨骼机器人在用户需要助行辅助(扭矩补偿)的关节处对应设置有活动关节，通过活动关节辅助用户的行动。在助行过程中，通过获取活动关节处的运动信息，可以准确地识别用户的运动意图，进而针对运动意图确定对应的助行控制参数，以控制外骨骼机器人进行助行。
本发明提供的实施例，通过获取外骨骼机器人活动关节的运动信息，即可实现对穿戴者运动意图的准确识别，无需设置额外的传感设备，如脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等，因此无需增加额外的成本，使得产品本身可以保持低廉的成本。同时，用户在穿戴外骨骼机器人时，无需穿戴脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等穿戴复杂的部位，使得外骨骼机器人的穿、脱过程简单，同时不会对用户运动造成妨碍，在保证对用户的运动意图的准确识别的基础上，保证了外骨骼机器人的易用性和安全性。
在本发明的一个实施例中，进一步地，外骨骼机器人的活动关节包括第一活动关节和第二活动关节，运动信息包括角度值和角速度，根据运动信息识别运动意图的步骤具体包括：基于第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均大于第一角度阈值；和/或第一活动关节旋转的角速度大于第一角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度大于第二角速度阈值，则确定运动意图为弯腰。
在该实施例中，外骨骼机器人的活动关节具体包括第一活动关节和第二活动关节，分别对应用户的左、右髋关节。活动关节的运动信息包括活动关节的角度和活动关节的角速度。
具体地，可通过设置于活动关节处的电机所集成的编码器获取活动关节的运动信息。以第一活动关节为左髋关节，第二活动关节为右髋关节为例，弯腰开始时，左右髋关节对应的活动关节的角度往正方向(即人脸朝向的方向)变大，并具有正向角速度值。因此当检测到第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均大于第一角度阈值，和/或当检测到第一活动关节旋转的角速度大于第一角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度大于第二角速度阈值的情况，则可以确定用户的运动意图为弯腰。
在本发明的一个实施例中，进一步地，根据运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：基于第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的一个大于第一角度阈值，第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的另一个小于第一角度阈值；和/或第一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的一个大于第一角速度阈值，第一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的另一个小于第一角速度阈值，则确定运动意图为迈腿。
在该实施例中，以第一活动关节为左髋关节，第二活动关节为右髋关节为例，在用户左腿或右腿迈出时，以迈出左腿为例，左腿向正方向迈出，右腿会自然地随着人体重心移动向负方向摆动，即左腿的电机的编码器识别到第一活动关节的角度沿正方向变大，同时具有正方向的角速度，右第二活动关节的角度沿负方向变大(即具有负值)，同时具有负方向的角速度。因此当第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的一个大于第一角度阈值，第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值中的另一个小于第一角度阈值时，和/或当检测到一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的一个大于第一角速度阈值，第一活动关节旋转的角速度和第二活动关节旋转的角速度中的另一个小于第一角速度阈值时，可以识别到对应的运动意图为迈腿。
进一步地，当识别到运动意图为迈腿时，可针对对应活动关节的转动方向进行扭矩补偿。
在本发明的一个实施例中，进一步地，根据运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：基于第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均小于第二角度阈值；和/或第一活动关节旋转的角速度小于第三角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度小于第四角速度阈值，则确定运动意图为起身。
在该实施例中，在用户弯腰之后，进一步识别用户起身的运动意图。以第一活动关节为左髋关节，第二活动关节为右髋关节为例，弯腰开始时，左右腿对应的活动关节的角度往正方向变大，并具有正向角速度值，而起身时活动关节的状态与弯腰状态相反，因此当检测到第一活动关节旋转的角度值和第二活动关节旋转的角度值均小于第二角度阈值，和/或检测到第一活动关节旋转的角速度小于第三角速度阈值，且第二活动关节旋转的角速度小于第四角速度阈值时，可以确定用户的运动意图为起身。
在本发明的一个实施例中，进一步地，根据运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：基于第一活动关节旋转的角速度大于第三角速度阈值，且第一活动关节的角速度小于第一角速度阈值，同时第二活动关节旋转的角速度大于第四角速度阈值，且第二活动关节的角速度小于第二角速度阈值，则确定运动意图为站定。
在该实施例中，在用户迈腿行走开始后，进一步识别用户停止行走，即站定的运动意图。具体地，当检测到第一活动关节旋转的角速度大于第三角速度阈值，且第一活动关节的角速度小于第一角速度阈值，同时第二活动关节旋转的角速度大于第四角速度阈值，且第二活动关节的角速度小于第二角速度阈值时，即说明双腿均无进一步迈出的运动意图，此时判断用户的运动意图为站定。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图2所示，在根据运动信息识别运动意图的步骤之前，助行控制方法还包括：
S202，在站定状态下获取第一活动关节和第二活动关节的站定运动信息；
S204，根据站定运动信息确定第一角速度阈值、第二角速度阈值、第三角速度阈值和第四角速度阈值。
在该实施例中，当通过活动关节的角速度来识别用户的运动意图时，由于人体站定时非完全静止，因此各关节会存在一定的自然摆动，因此会获取到一定的自然角速度。为了防止误判，在用户站定状态时，获取第一活动关节和第二活动关节的站定运动信息，其中，站定运动信息具体包括了站定时第一活动关节和第二活动关节的自然摆动角速度，根据获取到的站定运动信息来确定用于识别用户“迈腿”和“弯腰”等运动意图的第一角速度阈值、第二角速度阈值、第三角速度阈值和第四角速度阈值，可以避免由于站定时自然摆动而导致误判。
在本发明的一个实施例中，进一步地，提供根据提供站定运动信息确定提供第一角速度阈值、提供第二角速度阈值、提供第三角速度阈值和提供第四角速度阈值的步骤，具体为：根据站定运动信息获取第一活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第一最大角速度和第一最小角速度，以及获取第二活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第二最大角速度和第二最小角速度；获取第一预设角速度阈值、第二预设角速度阈值、第三预设角速度阈值和第四预设角速度阈值；基于第一最大角速度大于第一预设角速度阈值，确定第一最大角速度为第一角速度阈值；基于第一最大角速度小于或等于第一预设角速度阈值，确定第一预设角速度阈值为第一角速度阈值；基于第一最小角速度小于第二预设角速度阈值，确定第一最小角速度为第二角速度阈值；基于第一最小角速度大于或等于第二预设角速度阈值，确定第二预设角速度阈值为第二角速度阈值；基于第二最大角速度大于第三预设角速度阈值，确定第二最大角速度为第三角速度阈值；基于第二最大角速度小于或等于第三预设角速度阈值，确定第三预设角速度阈值为第三角速度阈值；基于第二最小角速度小于第四预设角速度阈值，确定第二最小角速度为第四角速度阈值；基于第二最小角速度大于或等于第四预设角速度阈值，确定第四预设角速度阈值为第四角速度阈值。
在该实施例中，在外骨骼机器人生产时，会设定用于识别用户运动意图的预设角速度阈值。在未经过获取站定时的站定运动信息时，通过出厂预设的第一预设角速度阈值ω1、第二预设角速度阈值ω2、第三预设角速度阈值ω3和第四预设角速度阈值ω4来识别用户的运动意图。而由于用户站定时的姿势即稳定程度不同，因此当用户站定时，会持续获取用户的站定运动意图，具体为第一活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第一最大角速度ωmax1和第一最小角速度ωmin1，以及第二活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第二最大角速度ωmax2和第二最小角速度ωmin2。
比较获取的第一最大角速度、第一最小角速度、第二最大角速度和第二最小角速度与对应的预设阈值之间的大小，若ωmax1>ω1，则第一角速度阈值ω左+＝ωmax1；反之，则第一角速度阈值ω左+＝ω1。若ωmin1<ω2，则第二角速度阈值ω左-＝ωmin1；反之，则ω左-＝ω2。第三角速度阈值和第四角速度阈值同理。如此，判定阈值可以自适应匹配不同用户的身体抖动情况。
在本发明的一个实施例中，进一步地，在通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行的步骤之前，助行控制方法还包括：接收模式切换指令，根据模式切换指令控制外骨骼机器人进入自由模式或助行模式；其中，在助行模式下，执行通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行的步骤。
在该实施例中，外骨骼机器人设置有模式切换开关，通过模式切换开关实现外骨骼机器人的助行模式的一键切换。具体地，在接收到模式切换指令后，外骨骼机器人在自由模式和助行模式之间循环切换。当且仅当外骨骼机器人处于助行模式下，外骨骼机器人才会执行助行。在自由模式下，穿戴者可完全自由地活动。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图3所示，在根据运动意图确定对应的助行控制参数的步骤之前，助行控制方法还包括：
S302，在自由模式下，获取活动关节的自由运动信息，根据自由运动信息生成任一运动意图对应的步态数据；
S304，根据步态数据生成对应的助行控制参数。
在该实施例中，在自由模式下，用户可自由行动。此时获取活动关节的自由运动信息，根据自由运动信息可确定用户的步态数据。具体地，比如在用户迈腿时，获取并记录此时活动关节的角度、角速度和/或电机的电流变化曲线，进而拟合成用户迈腿时的运动曲线。根据对用户每种运动意图对应的步态数据生成有针对性的助行控制参数，可以提高外骨骼机器人的助行效果。
在本发明的一个实施例中，进一步地，活动关节处设置有电机，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行的步骤，具体为：基于助行控制参数拟合活动关节转动的角度随时间变化的第一控制曲线，通过第一控制曲线控制电机；或基于助行控制参数拟合活动关节转动的速度随时间变化的第二控制曲线，通过第二控制曲线控制电机；或基于助行控制参数确定控制电流，通过控制电流控制电机。
在该实施例中，外骨骼机器人的关节处设置有电机，具体为一体化电机，由直流无刷电机、光电编码器和谐波减速器集成构成。当电机采用位置环控制时，基于助行控制参数拟合活动关节转动的角度随时间变化的第一控制曲线，通过第一控制曲线控制电机；当电机采用速度环控制时，基于助行控制参数拟合活动关节转动的速度随时间变化的第二控制曲线，通过第二控制曲线控制电机；当电机采用电流环控制时，基于助行控制参数确定控制电流，通过控制电流控制电机。
在本发明的一个实施例中，进一步地，第一角度阈值的范围为：0°至10°；第二角度阈值的范围为：0°至30°。
在该实施例中，综合考虑灵敏度和身体抖动引入的干扰，设置第一角度阈值θ0的范围满足：0°≤θ0≤10°；设置第二角度阈值θth的范围满足0°≤θth≤30°，可兼顾灵敏度和抗干扰能力。
可选地，θ0＝5°。
可选地，θth＝20°。
在本发明的一个实施例中，外骨骼机器人的活动关节处设置有电机，电机为一体化电机，由直流无刷电机/光电编码器/谐波减速器构成，电机的本体与外骨骼支架固定，电机的输出端与腿托固定。电机上设置有模式开关，初始状态为“O”，按下为“I”，再按为“O”，及每次按下开关就将模式状态取反。
开关的“O”状态与“I”状态分别对应于“自由模式”和“助行模式”。电机初始化完成后，默认状态为“自由模式”。当处于“自由模式”时(即开关处于“O”状态)，电机被设置在电流环控制模式下，工作电流为0，对外不输出任何扭矩，用户可以自由活动。在该“自由状态”下，用户可以进行行走练习，电机内置编码器将记录用户的行走步态特征用于“助行模式”的控制(步态数据：包括髋关节角度随时间变化曲线，髋关节角速度随时间变化曲线，电流随时间的变化曲线)。如果在自由模式下，用户无行走行为，则采用默认的步态参数用于“行走状态”的控制。如果在自由模式下，用户有行走行为，则根据步态数据拟合出用户的习惯性步态曲线。当将开关置于“I”状态(“助行模式”)，电机首先被设置在电流环控制模式下，用户可以自由活动，处于半主动式的辅助行走状态。当用户有运动趋势并被电机识别到相应运动意图时，电机才对外输出扭矩用以辅助康复行走。康复训练行走结束时，将开关置于“O”状态，然后关闭电池电源开关。如果遇到紧急状况或外骨骼失控，可以按下模式开关切换到自由模式。
电机的编码器采集的数据被预先处理进行以下定义：
1、电机初始化完成后用户站立的位置为髋关节初始零位，单位为度(举例：5°)。左/右腿向前运动，髋关节角度为正；左/右腿向后运动，髋关节角度为负。
2、髋关节角速度单位为r/min(举例：5r/min)，左/右腿向前运动，髋关节角速度为正；左/右腿向后运动，髋关节角速度为负。
3、电流单位A(举例：5A)，左/右腿向前运动，电流为正；左/右腿向后运动，电流为负。
运动意图识别判断涉及多种行走状态的判断：包括右腿行进、左腿行进以及弯腰起身。其中，右腿行进状态时，右腿向前迈进，左腿随动向后摆动，即右腿电机编码器输出的角度往正方向变大，并具有正向角速度值，左腿编码器输出的角度往负方向变大，并具有负向角速度值。左腿行进状态与右腿行进状态恰好相反。弯腰开始时，左右腿电机均输出的角度往正方向变大，并具有正向角速度值；起身的状态与弯腰状态相反。
运动意图的判断逻辑完整如图4所示，当电机初始化完成后，则开始获取左右电机的实时角度值θ和角速度为ω，并进行运动状态的循环判定。在某一时刻，首先是弯腰状态判定：若满足θ右>θ0且θ左>θ0，或满足ω右>ω右+且ω左>ω左+，则判定为弯腰；若不满足弯腰条件，则进行迈右腿判定：若满足θ右>θ0，或满足ω右>ω右+，则判定为迈右腿；若不满足迈右腿条件，则进行迈左腿判定：若满足θ左>θ0，或满足ω左>ω左+，则判定为迈左腿。若不满足迈左腿条件，则读取下一时刻左右电机角度值θ和角速度为ω重新进行运动状态的循环判定。
当判定为弯腰状态时，则进入起身判定：若满足θ右<θth且θ左<θth，或满足ω右<ω右-且ω左<ω左-，则判定为起身；若不满足起身条件，则循环进行起身判定直至满足起身条件。若满足起身条件，则进行站定判定：若满足ω右+>ω右>ω右-且ω左+>ω左>ω左-，则判定为站定。若满足站定条件，则读取下一时刻左右电机角度值θ和角速度为ω重新进行运动状态的循环判定。若不满足站定条件，则循环进行站定判定直至满足站定条件。
当判定为迈左腿或迈右腿时，进入运动控制状态。基于自由模式下采集的用户步态信息拟合的步态曲线进行运动控制，以匹配用户的个人行走习惯。如果电机采用位置环控制，则基于用户髋关节角度随时间变化曲线来拟合控制曲线。如果电机采用速度环控制，则基于用户髋关节角速度随时间变化曲线来拟合控制曲线。如果电机采用电流环控制，则基于用户摆动最大角度限定摆动幅度并加载恒定电流进行恒定扭矩控制。运动控制结束后，则进行站定判定：若满足ω右+>ω右>ω右-且ω左+>ω左>ω左-，则判定为站定。若满足站定条件，则读取下一时刻左右电机角度值θ和角速度为ω重新进行运动状态的循环判定。若不满足站定条件，则循环进行站定判定直至满足站定条件。
其中判定阈值满足：0°≤θ0≤10°，综合考虑灵敏度和身体抖动引入的干扰，优选θ0＝5°；0°≤θth≤30°，考虑灵敏度，优选θth＝20°。角速度判定阈值以右腿电机为例(左腿电机同理)：ω右+和ω右-为“站定状态”下由于身体晃动引起的背景基线，由“自由模式”中采集角速度背景基线的最大值ωmax和最小值ωmin与默认值(默认值设置：ω+＝0.3r/min，ω-＝-0.3r/min)进行比较获得。若ωmax>ω+，则ω右+＝ωmax；反之，则ω右+＝ω+。若ωmin<ω-，则ω右-＝ωmin；反之，则ω右-＝ω-。如此，判定阈值可以自适应匹配不同用户的身体抖动情况。
如图5所示，在本发明的第二方面的实施例中，提供了一种助行控制系统500，包括存储器502和处理器504，存储器502，用于存储计算机程序；处理器504，用于执行计算机程序以实现：获取外骨骼机器人的活动关节的运动信息，根据运动信息识别运动意图；根据运动意图确定对应的助行控制参数，通过助行控制参数控制外骨骼机器人进行助行。
在该实施例中，外骨骼机器人在用户需要助行辅助(扭矩补偿)的关节处对应设置有活动关节，通过活动关节辅助用户的行动。在助行过程中，通过获取活动关节处的运动信息，可以准确地识别用户的运动意图，进而针对运动意图确定对应的助行控制参数，以控制外骨骼机器人进行助行。
本发明提供的实施例，通过获取外骨骼机器人活动关节的运动信息，即可实现对穿戴者运动意图的准确识别，无需设置额外的传感设备，如脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等，因此无需增加额外的成本，使得产品本身可以保持低廉的成本。同时，用户在穿戴外骨骼机器人时，无需穿戴脑电信号采集装置和肌肉电信号采集装置等穿戴复杂的部位，使得外骨骼机器人的穿、脱过程简单，同时不会对用户运动造成妨碍，在保证对用户的运动意图的准确识别的基础上，保证了外骨骼机器人的易用性和安全性。
如图6所示，在本发明第三方面的实施例中，提供了一种外骨骼机器人，该外骨骼机器人包括如上述任一实施例中提供的助行控制系统，因此，该外骨骼机器人包括如上述任一实施例中提供的助行控制系统的全部有益效果，在此不再赘述。
在该实施例中，外骨骼机器人主要包括：躯干固定绑带、控制电路板(助行控制系统)、电池、电机、腿拖。其中，躯干固定绑带用于用户穿戴和固定，保证外骨骼与用户上身紧密贴合。控制电路板和电池位于背板上侧和下侧，用户穿戴完成后，背板与用户背部紧密贴合。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图6所示，外骨骼机器人还包括：活动关节2；电机4，设置于活动关节2，电机4与助行控制系统相连接，电机4用于驱动活动关节2转动以实现助行；编码器42，集成于电机4，编码器42用于获取活动关节2的运动信息。
在该实施例中，外骨骼机器人还包括活动关节2，活动关节2具体设置为对应穿戴者的髋关节。外骨骼机器人还包括电机4，电机4设置于活动关节2处，同时电机4还集成有编码器42，通过编码器42获取活动关节2的运动信息，并通过助行控制系统根据运动信息生成对应的控制参数，以控制电机4驱动活动关节2转动以实现助行。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图6所示，外骨骼机器人还包括：模式切换开关44，设置于电机4，模式切换开关44与助行控制系统相连接，模式切换开关44用于接收模式切换指令。
在该实施例中，外骨骼机器人包括模式切换开关44，设置于电机4处，模式切换开关44接收用户的切换指令，具体为按压操作，并根据切换指令控制外骨骼机器人进入自由模式或助行模式。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图6所示，外骨骼机器人还包括：框架6，框架6与活动关节2相连接，电机4的本体设置于框架6上；腿托8，电机4的输出端与腿托8相连接，以驱动腿托8通过活动关节2相对框架6摆动。
在该实施例中，外骨骼机器人还包括框架6和腿托8，腿托8通过活动关节2与框架6转动相连。具体地，电机4的本体设置于框架6上，电机4的输出端与腿托8相连接，当电机4转动时，输出端带动腿托8相对框架6摆动。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图6所示，框架6还包括：背板组件62，背板组件62与活动关节2相连接，背板组件62包括：储能装置622，与电机4和助行控制系统相连接，用于为电机4和助行控制系统提供电能。
在该实施例中，框架6包括背板组件62，背板组件62与活动关节2相连接。背板组件62包括储能装置622，具体为电池，电池与电机4和助行控制系统相连接。
可选的，背板组件62朝向穿戴者的一侧设置有柔性背垫。
可选地，背板组件62上设置有绑带，外骨骼机器人通过绑带穿戴于用户身上。
在本发明的一个实施例中，进一步地，如图6所示，外骨骼机器人还包括：减速器46，减速器46与电机4的输出端相连接。
在该实施例中，电机4的输出端处设置有减速器46，用于提高电机4的扭矩输出，同时避免电机4转速过快腿托8摆动过快。
可选地，减速器46与电机4集成设置，以构成一体式电机4。
在本发明的一个实施例中，进一步地，运动信息包括：角度值和角速度。
在该实施例中，活动关节2的运动信息包括活动关节2的角度值和活动关节2的角速度。具体地，通过编码器42获取电机4输出端的旋转位置，进而确定活动关节2的角度。通过编码器42获取电机4输出端，即转子的角速度，进而确定活动关节2的角速度。可选地，可通过编码器42读取电机4电流，根据电机4电流计算活动关节2的角速度。
在本发明的第四方面的实施例中，提供了一种终端，该终端可以与上述任一实施例中提供的外骨骼机器人进行交互，以控制该外骨骼机器人，且该终端包括如上述任一实施例中的助行控制系统，因此，该终端至少包括上述任一实施例中提供的助行控制系统的全部有益效果，在此不再赘述。
在本发明的第五方面的实施例中，提供了一种计算机装置，算机装置包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上述任一实施例中提供的助行控制方法，因此，该计算机装置包括如上述任一实施例中提供的助行控制方法的全部有益效果，在此不再赘述。
在本发明的第六方面的实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例中提供的助行控制方法，因此，该计算机可读存储截止包括如上述任一实施例中提供的助行控制方法的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种助行控制方法，用于控制外骨骼机器人，其特征在于，包括：
获取所述外骨骼机器人的活动关节的运动信息，根据所述运动信息确定运动意图；
根据所述运动意图确定对应的助行控制参数，通过所述助行控制参数控制所述外骨骼机器人进行助行；
所述外骨骼机器人的活动关节包括第一活动关节和第二活动关节，所述运动信息包括角度值和角速度；
所述根据所述运动信息识别运动意图的步骤之前，所述助行控制方法还包括：
在站定状态下获取所述第一活动关节和所述第二活动关节的站定运动信息；
根据所述站定运动信息获取所述第一活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第一最大角速度和第一最小角速度，以及获取所述第二活动关节的角速度的最大值和最小值，分别记为第二最大角速度和第二最小角速度；
获取第一预设角速度阈值、第二预设角速度阈值、第三预设角速度阈值和第四预设角速度阈值；
基于所述第一最大角速度大于所述第一预设角速度阈值，确定所述第一最大角速度为第一角速度阈值；
基于所述第一最大角速度小于或等于所述第一预设角速度阈值，确定所述第一预设角速度阈值为所述第一角速度阈值；
基于所述第一最小角速度小于所述第二预设角速度阈值，确定所述第一最小角速度为第二角速度阈值；
基于所述第一最小角速度大于或等于所述第二预设角速度阈值，确定所述第二预设角速度阈值为所述第二角速度阈值；
基于所述第二最大角速度大于所述第三预设角速度阈值，确定所述第二最大角速度为第三角速度阈值；
基于所述第二最大角速度小于或等于所述第三预设角速度阈值，确定所述第三预设角速度阈值为所述第三角速度阈值；
基于所述第二最小角速度小于所述第四预设角速度阈值，确定所述第二最小角速度为第四角速度阈值；
基于所述第二最小角速度大于或等于所述第四预设角速度阈值，确定所述第四预设角速度阈值为所述第四角速度阈值。
2.根据权利要求1所述的助行控制方法，其特征在于，所述根据所述运动信息识别运动意图的步骤具体包括：
基于所述第一活动关节旋转的角度值和所述第二活动关节旋转的角度值均大于所述第一角度阈值；和/或
所述第一活动关节旋转的角速度大于第一角速度阈值，且所述第二活动关节旋转的角速度大于所述第二角速度阈值，则确定所述运动意图为弯腰。
3.根据权利要求2所述的助行控制方法，其特征在于，所述根据所述运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：
基于所述第一活动关节旋转的角度值和所述第二活动关节旋转的角度值中的一个大于所述第一角度阈值，所述第一活动关节旋转的角度值和所述第二活动关节旋转的角度值中的另一个小于所述第一角度阈值；和/或
所述第一活动关节旋转的角速度和所述第二活动关节旋转的角速度中的一个大于所述第一角速度阈值，所述第一活动关节旋转的角速度和所述第二活动关节旋转的角速度中的另一个小于所述第一角速度阈值，则确定所述运动意图为迈腿。
4.根据权利要求3所述的助行控制方法，其特征在于，所述根据所述运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：
基于所述第一活动关节旋转的角度值和所述第二活动关节旋转的角度值均小于第二角度阈值；和/或
所述第一活动关节旋转的角速度小于第三角速度阈值，且所述第二活动关节旋转的角速度小于第四角速度阈值，则确定所述运动意图为起身。
5.根据权利要求4所述的助行控制方法，其特征在于，所述根据所述运动信息识别运动意图的步骤，具体还包括：
基于所述第一活动关节旋转的角速度大于所述第三角速度阈值，且所述第一活动关节的角速度小于所述第一角速度阈值，同时第二活动关节旋转的角速度大于所述第四角速度阈值，且所述第二活动关节的角速度小于所述第二角速度阈值，则确定所述运动意图为站定。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的助行控制方法，其特征在于，在所述通过所述助行控制参数控制所述外骨骼机器人进行助行的步骤之前，所述助行控制方法还包括：
接收模式切换指令，根据所述模式切换指令控制所述外骨骼机器人进入自由模式或助行模式；
其中，在所述助行模式下，执行所述通过所述助行控制参数控制所述外骨骼机器人进行助行的步骤。
7.根据权利要求6所述的助行控制方法，其特征在于，在所述根据所述运动意图确定对应的助行控制参数的步骤之前，所述助行控制方法还包括：
在所述自由模式下，获取所述活动关节的自由运动信息，根据所述自由运动信息生成任一所述运动意图对应的步态数据；
根据所述步态数据生成对应的所述助行控制参数。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的助行控制方法，其特征在于，所述活动关节处设置有电机，所述通过所述助行控制参数控制所述外骨骼机器人进行助行的步骤，具体为：
基于所述助行控制参数拟合所述活动关节转动的角度随时间变化的第一控制曲线，通过所述第一控制曲线控制所述电机；或
基于所述助行控制参数拟合所述活动关节转动的速度随时间变化的第二控制曲线，通过所述第二控制曲线控制所述电机；或
基于所述助行控制参数确定控制电流，通过所述控制电流控制所述电机。
9.根据权利要求4所述的助行控制方法，其特征在于，所述第一角度阈值的范围为：0°至10°；
所述第二角度阈值的范围为：0°至30°。
10.一种助行控制系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至9中任一项所述的助行控制方法。
11.一种外骨骼机器人，其特征在于，包括：
如权利要求10所述的助行控制系统。
12.根据权利要求11所述的外骨骼机器人，其特征在于，还包括：
活动关节；
电机，设置于所述活动关节，所述电机与所述助行控制系统相连接，所述电机用于驱动所述活动关节转动以实现助行；
编码器，集成于所述电机，所述编码器用于获取所述活动关节的运动信息。
13.根据权利要求12所述的外骨骼机器人，其特征在于，还包括：
模式切换开关，设置于所述电机，所述模式切换开关与所述助行控制系统相连接，所述模式切换开关用于接收模式切换指令。
14.根据权利要求12所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼机器人还包括：
框架，所述框架与所述活动关节相连接，所述电机的本体设置于所述框架上；
腿托，所述电机的输出端与所述腿托相连接，以驱动所述腿托通过所述活动关节相对所述框架摆动。
15.根据权利要求14所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述框架还包括：
背板组件，所述背板组件与所述活动关节相连接，所述背板组件包括：
储能装置，与所述电机和所述助行控制系统相连接，用于为所述电机和所述助行控制系统提供电能。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的外骨骼机器人，其特征在于，还包括：
减速器，所述减速器与所述电机的输出端相连接。
17.根据权利要求11至15中任一项所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述运动信息包括：
角度值和角速度。
18.一种终端，其特征在于，包括：
如权利要求10所述的助行控制系统，所述终端能够与如权利要求11至17中任一项所述的外骨骼机器人进行交互，以控制所述外骨骼机器人。
19.一种计算机装置，其特征在于，所述计算机装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至9中任一项所述的助行控制方法。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的助行控制方法。
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CN112809651B (zh) * 2019-11-15 2021-10-29 深圳市英汉思动力科技有限公司 一种助力外骨骼控制方法、控制系统和计算机设备
CN111178330A (zh) * 2020-01-20 2020-05-19 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 休息辅助切换方法、装置、终端及存储介质
CN114073631B (zh) * 2020-08-13 2024-06-25 深圳市英汉思动力科技有限公司 一种助力外骨骼自适应控制方法和装置
CN112140094A (zh) * 2020-09-21 2020-12-29 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 外骨骼控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN112405503A (zh) * 2020-12-01 2021-02-26 江苏恒毅运控智能设备科技有限公司 一种基于位置误差特征的助行辅助设备及其助行方法
CN112494284A (zh) * 2020-12-18 2021-03-16 深圳市迈步机器人科技有限公司 一种髋关节外骨骼的控制方法及装置
CN113288736B (zh) * 2021-05-20 2023-04-28 沈阳工业大学 一种步行训练机器人行走意图识别方法
CN113442114A (zh) * 2021-06-04 2021-09-28 迈宝智能科技(苏州)有限公司 腰部助力外骨骼及其控制方法
CN114750133B (zh) * 2022-04-20 2023-12-26 中国科学院深圳先进技术研究院 一种腰部外骨骼机器人系统及其助力控制方法
CN115054232A (zh) * 2022-06-20 2022-09-16 北京国承万通信息科技有限公司 行走意图检测方法及运动控制系统
CN117103260A (zh) * 2023-08-28 2023-11-24 南方科技大学 一种穿戴式辅助负重机器人步态控制方法和装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104622669A (zh) * 2013-11-07 2015-05-20 三星电子株式会社 行走辅助机器人和控制行走辅助机器人的方法
CN106625604A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 深圳先进技术研究院 基于助力外骨骼机器人的运动状态判别方法及系统
CN106691454A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 深圳市肯綮科技有限公司 人体下肢运动助力装置
CN107469295A (zh) * 2017-09-11 2017-12-15 哈尔滨工程大学 一种基于位置的康复机器人主动意图识别方法
CN108888477A (zh) * 2018-06-07 2018-11-27 中国工程物理研究院总体工程研究所 用于医疗康复外骨骼的柔性控制方法
CN109172289A (zh) * 2018-10-16 2019-01-11 合肥工业大学 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法
CN109498375A (zh) * 2018-11-23 2019-03-22 电子科技大学 一种人体运动意图识别控制装置及控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102510874B1 (ko) * 2017-06-15 2023-03-16 삼성전자주식회사 보행 보조 방법 및 이를 수행하는 장치들

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104622669A (zh) * 2013-11-07 2015-05-20 三星电子株式会社 行走辅助机器人和控制行走辅助机器人的方法
CN106691454A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 深圳市肯綮科技有限公司 人体下肢运动助力装置
CN106625604A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 深圳先进技术研究院 基于助力外骨骼机器人的运动状态判别方法及系统
CN107469295A (zh) * 2017-09-11 2017-12-15 哈尔滨工程大学 一种基于位置的康复机器人主动意图识别方法
CN108888477A (zh) * 2018-06-07 2018-11-27 中国工程物理研究院总体工程研究所 用于医疗康复外骨骼的柔性控制方法
CN109172289A (zh) * 2018-10-16 2019-01-11 合肥工业大学 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法
CN109498375A (zh) * 2018-11-23 2019-03-22 电子科技大学 一种人体运动意图识别控制装置及控制方法

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