CN113180643A - 一种外骨骼助力检测装置及其评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外骨骼助力检测装置及其评价方法，包括：固定装置和传感器模块，所述固定装置包括弧形固定单元和柔性固定单元，所述弧形固定单元与所述柔性固定单元相互连接；所述传感器模块设置在所述弧形固定单元上，本发明主要利用多个传感器结合传感器的布置方式直接采集人体的运动和压力数据，从而可直接计算出外骨骼对髋关节的助力效率。

Description

一种外骨骼助力检测装置及其评价方法

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种外骨骼助力检测装置及其评价方法。

背景技术

外骨骼是一种根据穿戴者的运动意图自动为人体关节动作提供助力的智能化装置，其在助老助残、医疗康复以及国防安全等领域具有广阔的应用前景。

现阶段，针对外骨骼的研究主要集中于仿生学结构设计与分析、人体运动感知与判别、人机耦合三大方面，缺乏对外骨骼助力效果评价的有效方法研究。

在现有文献中，外骨骼助力效果一般采用间接测量法进行评价，该方法是在执行相同任务时，分别测量穿戴外骨骼和不穿戴外骨骼两种情况下对应的人体综合生理信息或外骨骼灵敏度等性能指标，并根据该指标数据对外骨骼的助力效率进行评价；由于穿戴者因个体差异及其他环境因素影响，很难确保人体综合生理信息或外骨骼灵敏度的测量准确性，该方法的有效性也受到了一定限制。

因此，需要设计一种外骨骼助力检测装置及其评价方法。

发明内容

根据上述提出现有的外骨骼助力效果一般采用间接测量法进行评价的技术问题，而提一种外骨骼助力检测装置及其评价方法。本发明主要利用多个传感器结合传感器的布置方式直接采集人体的运动和压力数据，从而可直接计算出外骨骼对髋关节的助力效率。

本发明采用的技术手段如下：

一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，包括：固定装置和传感器模块，所述固定装置包括弧形固定单元和柔性固定单元，所述弧形固定单元与所述柔性固定单元相互连接；所述传感器模块设置在所述弧形固定单元上。

进一步地，所述弧形固定单元包括Ⅰ型弧形架和Ⅱ型弧形架，所述Ⅰ型弧形架设置在所述Ⅱ型弧形架的外弧面上；所述Ⅰ型弧形架的外弧面设有传感器固定块，所述传感器固定块的两侧设有传感器定位槽Ⅰ，所述Ⅰ型弧形架的外弧面还设有惯性传感器固定平台，所述Ⅰ型弧形架的内弧面两侧设有对称的传感器固定凸台，所述传感器固定凸台上设有传感器定位槽Ⅱ；所述Ⅱ型弧形架上设有与所述传感器固定凸台相匹配的传感器固定凸台嵌合结构，所述固定凸台嵌合结构的对侧还设有所述传感器定位槽Ⅱ，所述Ⅱ型弧形架的两侧设有柔性单元安装挂耳。

进一步地，所述传感器模块包括惯性测量单元和压力传感器，所述惯性测量单元安装在所述惯性传感器固定平台上，所述压力传感器的数量为6个，6个所述压力传感器分别安装在所述传感器定位槽Ⅰ和所述传感器定位槽Ⅱ上。

进一步地，所述传感器固定块的下端设有矩形限位槽，所述矩形限位槽内设有连接板，所述连接板为前端面呈弧形的T型板，所述连接板上设有Ⅰ型支座和Ⅱ型支座，所述Ⅰ型支座和所述Ⅱ型支座分别设置在所述传感器固定块的两端并对所述压力传感器的位置进行限制；所述Ⅱ型弧形架的内弧面连接有压板，所述压板对所述传感器定位槽Ⅱ上的所述压力传感器的位置进行限制。

进一步地，所述Ⅰ型弧形架、所述Ⅱ型弧形架和所述压板在所述传感器定位槽Ⅱ所对应位置的上下两端设有限位导柱安装孔，所述Ⅰ型弧形架、所述Ⅱ型弧形架和所述压板通过所述限位导柱固定。

进一步地，所述柔性固定单元包括绑带和柔性垫，所述绑带与所述柔性单元安装挂耳相连，所述柔性垫与所述Ⅱ型弧形架的内弧面相连。

一种根据权利要求1-6任一项所述的一种外骨骼助力检测装置的助力评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：通过多体动力学建模方法，建立人体下肢的动力学方程；

步骤S2：通过惯性测量单元，获取人体行走时下肢姿态的变化规律；

步骤S3：根据人体下肢姿态的变化规律，求解出人体在未穿戴外骨骼下自主运动时，肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′；

步骤S4：当人体穿戴上外骨骼后，通过助力检测装置获取外骨骼施加助力后各压力传感器的数据变化规律；

步骤S5：根据各压力传感器的数据变化规律，求解出外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T；

步骤S6：根据肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′和外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T，计算出外骨骼对髋关节的助力效率η。

进一步地，所述方法中外骨骼对髋关节的助力效率η求解过程，如下：

以右腿为例，建立全局坐标系O-XYZ和刚体坐标系A-xyz，其中全局坐标系的原点选择在髋关节中心处，刚体坐标系的原点选择在腿部绑带中心位置；全局坐标系中X轴的正方向是由髋关节中心指向右腿外侧；全局坐标系中Y轴的正方向是由髋关节中心指向右腿前侧；人体在直立状态下，刚体坐标系中x轴和y轴的正方向分别与全局坐标系中X轴和Y轴的正方向一致；

为测量外摆/内收的助力大小，在A₁点左右两侧布置一对压力传感器P₁、P₂；为测量前屈/后伸的助力大小，在A₂点前后两侧布置一对压力传感器P₃、P₄；为测量外旋/内旋的助力大小，在A₃点左右两侧布置一对压力传感器P₅、P₆；

人体在行走过程中，通过惯性测量单元测量出大腿的姿态变化规律，得到大腿绕髋关节运动时的旋转变换矩阵R；

则经过旋转变换矩阵R后，

的表达式为：

其中，

分别为

在初始状态(人体直立状态)下的对应值；

根据各压力传感器的布置方位，可得到压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)的压力方向S_j；外骨骼施加在人体上的助力大小可通过压力传感器显示，假设压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)受到的压力大小为f_j；

则压力传感器P_j对应的助力力矩

助力装置作用在髋关节上总助力力矩

助力装置作用在髋关节上助力效率

本发明可以达到的有益效果为：

通过惯性测量单元，获取人体行走时下肢姿态的变化规律；通过压力传感器，确定出外骨骼装置施加在髋关节上的作用力矩；通过外骨骼施加在髋关节上的作用力矩和肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩的比值，计算出外骨骼对髋关节的助力效率；本发明为外骨骼提出了一种简单有效的助力评价方法和装置，具有较好的应用前景和实用价值。

基于上述理由本发明可在外骨骼机器人技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的总成装配示意图。

图2是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的部分装配示意图。

图3是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的局部装配示意图。

图4是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的图3的轴向剖面图。

图5是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的连接板示意图。

图6是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的Ⅰ型弧形架示意图。

图7是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的Ⅱ型弧形架示意图。

图8是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的右腿侧坐标系建立示意图。

图9是本发明一种外骨骼助力检测装置及其评价方法的右腿侧压力传感器分布示意图。

图中：1、Ⅰ型弧形架；2、惯性测量单元；3、Ⅱ型弧形架；4、压板；5、绑带；6、柔性垫；7、Ⅰ型支座；8、连接板；9、Ⅱ型支座；10、限位导柱；11、压力传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-9所示，本发明提供了一种外骨骼助力检测装置，包括：固定装置和传感器模块，所述固定装置包括弧形固定单元和柔性固定单元，所述弧形固定单元与所述柔性固定单元相互连接；所述传感器模块设置在所述弧形固定单元上；所述弧形固定单元包括Ⅰ型弧形架1和Ⅱ型弧形架3，所述Ⅰ型弧形架1设置在所述Ⅱ型弧形架3的外弧面上；所述Ⅰ型弧形架1的外弧面设有传感器固定块，所述传感器固定块的两侧设有传感器定位槽Ⅰ，所述Ⅰ型弧形架1的外弧面还设有惯性传感器固定平台，所述Ⅰ型弧形架1的内弧面两侧设有对称的传感器固定凸台，所述传感器固定凸台上设有传感器定位槽Ⅱ；所述Ⅱ型弧形架3上设有与所述传感器固定凸台相匹配的传感器固定凸台嵌合结构，所述固定凸台嵌合结构的对侧还设有所述传感器定位槽Ⅱ，所述Ⅱ型弧形架3的两侧设有柔性单元安装挂耳；所述传感器模块包括惯性测量单元2和压力传感器11，所述惯性测量单元2安装在所述惯性传感器固定平台上，所述压力传感器11的数量为6个，6个所述压力传感器11分别安装在所述传感器定位槽Ⅰ和所述传感器定位槽Ⅱ上；所述传感器固定块的下端设有矩形限位槽，所述矩形限位槽内设有连接板8，所述连接板8为前端面呈弧形的T型板，所述连接板8上设有Ⅰ型支座7和Ⅱ型支座9，所述Ⅰ型支座7和所述Ⅱ型支座9分别设置在所述传感器固定块的两端并对所述压力传感器11的位置进行限制；所述Ⅱ型弧形架3的内弧面连接有压板4，所述压板4对所述传感器定位槽Ⅱ上的所述压力传感器11的位置进行限制；所述Ⅰ型弧形架1、所述Ⅱ型弧形架3和所述压板4在所述传感器定位槽Ⅱ所对应位置的上下两端设有限位导柱10安装孔，所述Ⅰ型弧形架1、所述Ⅱ型弧形架3和所述压板4通过所述限位导柱10固定；所述柔性固定单元包括绑带5和柔性垫6，所述绑带5与所述柔性单元安装挂耳相连，所述柔性垫6与所述Ⅱ型弧形架3的内弧面相连。

一种根据权利要求1-6任一项所述的一种外骨骼助力检测装置的助力评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：通过多体动力学建模方法，建立人体下肢的动力学方程；

步骤S2：通过惯性测量单元，获取人体行走时下肢姿态的变化规律；

步骤S3：根据人体下肢姿态的变化规律，求解出人体在未穿戴外骨骼下自主运动时，肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′；

步骤S4：当人体穿戴上外骨骼后，通过助力检测装置获取外骨骼施加助力后各压力传感器的数据变化规律；

步骤S5：根据各压力传感器的数据变化规律，求解出外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T；

步骤S6：根据肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′和外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T，计算出外骨骼对髋关节的助力效率η；

所述方法中外骨骼对髋关节的助力效率η求解过程，如下：

以右腿为例，建立全局坐标系O-XYZ和刚体坐标系A-xyz，其中全局坐标系的原点选择在髋关节中心处，刚体坐标系的原点选择在腿部绑带5中心位置；全局坐标系中X轴的正方向是由髋关节中心指向右腿外侧；全局坐标系中Y轴的正方向是由髋关节中心指向右腿前侧；人体在直立状态下，刚体坐标系中x轴和y轴的正方向分别与全局坐标系中X轴和Y轴的正方向一致；

为测量外摆/内收的助力大小，在A₁点左右两侧布置一对压力传感器P₁、P₂；为测量前屈/后伸的助力大小，在A₂点前后两侧布置一对压力传感器P₃、P₄；为测量外旋/内旋的助力大小，在A₃点左右两侧布置一对压力传感器P₅、P₆；

人体在行走过程中，通过惯性测量单元2测量出大腿的姿态变化规律，得到大腿绕髋关节运动时的旋转变换矩阵R；

则经过旋转变换矩阵R后，

的表达式为：

其中，

分别为

在初始状态(人体直立状态)下的对应值；

根据各压力传感器的布置方位，可得到压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)的压力方向S_j；外骨骼施加在人体上的助力大小可通过压力传感器显示，假设压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)受到的压力大小为f_j；

则压力传感器P_j对应的助力力矩

助力装置作用在髋关节上总助力力矩

助力装置作用在髋关节上助力效率

实施例1

本发明提供一种外骨骼助力检测装置，如图1-4所示，包括I型弧形架1、惯性测量单元2、II型弧形架3、压板4、绑带5、柔性垫6、I型支座7、连接板8、II型支座9、限位导柱10和压力传感器11；

如图5所示，连接板8为一弧状异形零件，该零件中靠近外弧侧设置有三个安装孔，这三个安装孔分别与助力外骨骼中的三条驱动支链相连接；连接板8的内弧侧设置有一个圆形销孔和一个扇形长槽孔，在圆形销孔和扇形长槽孔处分别安装两个销钉将连接板8安装在I型弧形架1的矩形通槽中。

如图6所示，I型弧形架1的前端凸台处开设有一个矩形通槽，用于约束连接板8上、下运动；I型弧形架1的前端上侧位置设置有一个U型槽，在U型槽的中间位置设置有两个销孔；I型弧形架1的前端凸台处左、右两侧位置各设置有一个压力传感器定位槽；I型弧形架1的前端和右端的内弧侧各设置有一个凸台，在每个凸台上设置有两个限位导柱孔和一个压力传感器定位槽；I型弧形架1的右端外弧侧设置有一个平面，用于安装惯性测量单元2。

如图7所示，II型弧形架3为一弧形零件，在其弧形的两端位置各设置有一个矩形长槽，用于安装绑带5；II型弧形架3的外弧侧的端部位置各开设一个平面，且在平面上、下两侧各留有一个凸台；在上述平面上各加工出两个长槽孔和有一个压力传感器定位槽；II型弧形架3的内弧侧设置有两个压力传感器定位槽，其位置分别正对于外弧侧上的两处压力传感器定位槽；II型弧形架3通过外弧侧两端的凸台装夹在I型弧形架1的内弧侧两个凸台上，并在上述两个零件之间布置有两个压力传感器11，且压力传感器11分别安装在压力传感器定位槽中。

压板4通过限位导柱10安装在II型弧形架3的内弧侧上，且压板4与II型弧形架3之间置有两个压力传感器11，这两个压力传感器11分别安装在II型弧形架3内弧侧上的压力传感器定位槽中。

柔性垫6粘贴在II型弧形架3的内弧侧上；I型支座7和II型支座9分别安装在连接板8上，且I型支座7和II型支座9分别置于I型弧形架1前端凸台两侧，并与I型弧形架1之间布置有两个压力传感器11。

本发明提供的一种外骨骼助力检测装置对应的助力评价方法，包括以下步骤：

1)通过多体动力学建模方法，建立人体下肢的动力学方程；

2)通过惯性测量单元，获取人体行走时下肢姿态的变化规律；

3)根据人体下肢姿态的变化规律，求解出人体在未穿戴外骨骼下自主运动时，肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′；

4)当人体穿戴上外骨骼后，通过助力检测装置获取外骨骼施加助力后各压力传感器的数据变化规律；

5)根据各压力传感器的数据变化规律，求解出外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T；

6)根据肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′和外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T，计算出外骨骼对髋关节的助力效率η。

上述助力评价方法中助力效率η求解过程，如下：

以右腿为例，建立全局坐标系O-XYZ和刚体坐标系A-xyz，如图8所示；其中，全局坐标系的原点选择在髋关节中心处，刚体坐标系的原点选择在腿部绑带中心位置；全局坐标系中X轴的正方向是由髋关节中心指向右腿外侧；全局坐标系中Y轴的正方向是由髋关节中心指向右腿前侧；人体在直立状态下，刚体坐标系中x轴和y轴的正方向分别与全局坐标系中X轴和Y轴的正方向一致；

如图9所示，为测量外摆/内收的助力大小，在A₁点左右两侧布置一对压力传感器P₁、P₂；为测量前屈/后伸的助力大小，在A₂点前后两侧布置一对压力传感器P₃、P₄；为测量外旋/内旋的助力大小，在A₃点左右两侧布置一对压力传感器P₅、P₆；

人体在行走过程中，通过惯性测量单元测量出大腿的姿态变化规律，得到大腿绕髋关节运动时的旋转变换矩阵R；

则经过旋转变换矩阵R后，

的表达式为：

其中，

分别为

在初始状态(人体直立状态)下的对应值；

根据各压力传感器的布置方位，可得到压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)的压力方向S_j；外骨骼施加在人体上的助力大小可通过压力传感器显示，假设压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)受到的压力大小为f_j；

则压力传感器P_j对应的助力力矩

助力装置作用在髋关节上总助力力矩

助力装置作用在髋关节上助力效率

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，包括：固定装置和传感器模块，所述固定装置包括弧形固定单元和柔性固定单元，所述弧形固定单元与所述柔性固定单元相互连接；所述传感器模块设置在所述弧形固定单元上。

2.根据权利要求1所述的一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，所述弧形固定单元包括Ⅰ型弧形架和Ⅱ型弧形架，所述Ⅰ型弧形架设置在所述Ⅱ型弧形架的外弧面上；所述Ⅰ型弧形架的外弧面设有传感器固定块，所述传感器固定块的两侧设有传感器定位槽Ⅰ，所述Ⅰ型弧形架的外弧面还设有惯性传感器固定平台，所述Ⅰ型弧形架的内弧面两侧设有对称的传感器固定凸台，所述传感器固定凸台上设有传感器定位槽Ⅱ；所述Ⅱ型弧形架上设有与所述传感器固定凸台相匹配的传感器固定凸台嵌合结构，所述固定凸台嵌合结构的对侧还设有所述传感器定位槽Ⅱ，所述Ⅱ型弧形架的两侧设有柔性单元安装挂耳。

3.根据权利要求2所述的一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，所述传感器模块包括惯性测量单元和压力传感器，所述惯性测量单元安装在所述惯性传感器固定平台上，所述压力传感器的数量为6个，6个所述压力传感器分别安装在所述传感器定位槽Ⅰ和所述传感器定位槽Ⅱ上。

4.根据权利要求3所述的一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，所述传感器固定块的下端设有矩形限位槽，所述矩形限位槽内设有连接板，所述连接板为前端面呈弧形的T型板，所述连接板上设有Ⅰ型支座和Ⅱ型支座，所述Ⅰ型支座和所述Ⅱ型支座分别设置在所述传感器固定块的两端并对所述压力传感器的位置进行限制；所述Ⅱ型弧形架的内弧面连接有压板，所述压板对所述传感器定位槽Ⅱ上的所述压力传感器的位置进行限制。

5.根据权利要求4所述的一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，所述Ⅰ型弧形架、所述Ⅱ型弧形架和所述压板在所述传感器定位槽Ⅱ所对应位置的上下两端设有限位导柱安装孔，所述Ⅰ型弧形架、所述Ⅱ型弧形架和所述压板通过所述限位导柱固定。

6.根据权利要求2所述的一种外骨骼助力检测装置，其特征在于，所述柔性固定单元包括绑带和柔性垫，所述绑带与所述柔性单元安装挂耳相连，所述柔性垫与所述Ⅱ型弧形架的内弧面相连。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的一种外骨骼助力检测装置的助力评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：通过多体动力学建模方法，建立人体下肢的动力学方程；

步骤S2：通过惯性测量单元，获取人体行走时下肢姿态的变化规律；

步骤S3：根据人体下肢姿态的变化规律，求解出人体在未穿戴外骨骼下自主运动时，肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′；

步骤S4：当人体穿戴上外骨骼后，通过助力检测装置获取外骨骼施加助力后各压力传感器的数据变化规律；

步骤S5：根据各压力传感器的数据变化规律，求解出外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T；

步骤S6：根据肌肉、肌腱组织施加在髋关节上的作用力矩T′和外骨骼施加在髋关节上的作用力矩T，计算出外骨骼对髋关节的助力效率η。

8.根据权利要求7所述的一种外骨骼助力评价方法，其特征在于，所述方法中外骨骼对髋关节的助力效率η求解过程，如下：

以右腿为例，建立全局坐标系O-XYZ和刚体坐标系A-xyz，其中全局坐标系的原点选择在髋关节中心处，刚体坐标系的原点选择在腿部绑带中心位置；全局坐标系中X轴的正方向是由髋关节中心指向右腿外侧；全局坐标系中Y轴的正方向是由髋关节中心指向右腿前侧；人体在直立状态下，刚体坐标系中x轴和y轴的正方向分别与全局坐标系中X轴和Y轴的正方向一致；

为测量外摆/内收的助力大小，在A₁点左右两侧布置一对压力传感器P₁、P₂；为测量前屈/后伸的助力大小，在A₂点前后两侧布置一对压力传感器P₃、P₄；为测量外旋/内旋的助力大小，在A₃点左右两侧布置一对压力传感器P₅、P₆；

人体在行走过程中，通过惯性测量单元测量出大腿的姿态变化规律，得到大腿绕髋关节运动时的旋转变换矩阵R；

则经过旋转变换矩阵R后，

的表达式为：

其中，

分别为

在初始状态(人体直立状态)下的对应值；

根据各压力传感器的布置方位，可得到压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)的压力方向S_j；外骨骼施加在人体上的助力大小可通过压力传感器显示，假设压力传感器P_j(j＝1,2,…,6)受到的压力大小为f_j；

则压力传感器P_j对应的助力力矩

助力装置作用在髋关节上总助力力矩

助力装置作用在髋关节上助力效率

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