CN113239515A - 基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法 - Google Patents

基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113239515A
CN113239515A CN202110392499.5A CN202110392499A CN113239515A CN 113239515 A CN113239515 A CN 113239515A CN 202110392499 A CN202110392499 A CN 202110392499A CN 113239515 A CN113239515 A CN 113239515A
Authority
CN
China
Prior art keywords
interpolation
gait
points
swing
polynomial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110392499.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王孟
刘毅
冯宇
杨有
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN202110392499.5A priority Critical patent/CN113239515A/zh
Publication of CN113239515A publication Critical patent/CN113239515A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/30—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to physical therapies or activities, e.g. physiotherapy, acupressure or exercising

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，先把人体正常行走状态简化为一个五连杆模型，给出人正常行走过程中的一个单腿摆动过程；给出分段五次多项式插值法的推导步骤，并计算出多项式系数；对已知插值点第一次使用分段五次多项式插值，求出分段插值函数，再根据插补法原理进行数据点的密化，得到更多的插值点；对插补后得到的插值点第二次使用分段五次多项式插值法，得到相邻插值点的插值函数，并使用MATLAB拟合得出髋关节和踝关节的步态曲线和具体的步态函数表达式。本发明规划出的步态曲线可以满足下肢运动障碍患者的正常行走需求，帮助他们进行康复训练和治疗；并且所需的相关参数均可以通过低成本的传感器测得。

Description

基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法
技术领域
本发明属于辅助医疗器械康复治疗领域，具体针对下肢康复类外骨骼机器人的步态规划进行研究，主要涉及人体仿生学，机器人运动学，插补原理，多项式插值法，目的是给下肢运动障碍人群规划出正常人的步态曲线，帮助他们行走，实现辅助性的康复治疗。
背景技术
随着世界人口老龄化问题加剧，一些由大脑损伤和脊髓损伤等中枢神经疾病引起的下肢运动功能障碍人数也急剧增加，使患者失去自理能力。另外，如地震，火灾，海啸，交通事故，高空坠落等一些自然灾害和人为事故造成的下肢残障也越来越多，不仅严重影响这些人的身体健康，还给家庭社会带来巨大负担。因此，下肢身体机能康复是当今社会的重要目标，用于康复和治疗的下肢外骨骼机器人技术也应运而生。
对于下肢运动障碍人群来说，需要长期并且专业的康复治疗使其恢复一定的行走能力，但是当今社会中康复治疗医师数量严重不足且患者的康复治疗需要高额的医护费用，很多患者选择放弃治疗，从而造成残疾，失去行走能力。为了解决这一难题，用于康复治疗的下肢外骨骼技术得到了空前的发展，其中一项关键的技术和研究方向，就是设计出符合患者行走的步态模型，为其规划出合理的步态曲线。
要设计一款为下肢运动障碍人士提供步行能力的康复型下肢外骨骼机器人，主要考虑行走过程中的稳定性和适应性因素，以达到正常人的行走状态，步态规划便起了关键性作用。步态规划要根据正常人行走时的步态特征与参数，同时要考虑到不同人群的下肢受损程度，各个关节的运动规律等因素，规划出一条适合病患的步态行走曲线，帮助其进行行走，起到康复训练和治疗的目的，由此可知，步态规划的效果是帮助病患正常行走的关键因素，这个问题的研究也具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服已有技术的不足，为解决下肢运动障碍人士的行走问题，本发明提出了一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，拟合出正常人行走的步态曲线，能够经济高效的满足下肢运动障碍人士的行走需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将人体正常行走状态简化为五连杆模型，对人体正常步态进行分析，给出单腿摆动周期过程；
步骤2、给出多项式插值法的推导步骤，并计算出多项式系数；
步骤3、选取正常行走状态下的关键插值时刻，对已知的相邻插值点第一次使用分段五次多项式插值法，得到每段的插值函数，根据插补法原理插值函数，在已知相邻的插值点之间作插补，进行数据点的密化，得到更多的插值点；
步骤4、对插补后得到的插值点第二次使用分段五次多项式插值法，得到相邻插值点的插值函数，并使用MATLAB拟合得出髋关节和踝关节的步态曲线和具体的步态函数表达式。
进一步，所述步骤1中，将人体看作一个五连杆模型，分别为上半身躯干和下半身左右两侧大腿以及小腿，在进行步态规划时只需要规划出患者的髋关节和踝关节行走曲线即可，且只考虑矢状面即人体前行方向的运动。对人体正常步态进行分析，可以看作是一个周期往复的活动，人体的步态周期是由支撑期和摆动期组成的，正常行走过程中，人的两只脚在支撑期和摆动期周期交替，给出单腿的摆动周期过程。
再进一步，所述步骤2中，根据插值法原理，在原有的五次插值多项式中加入插值因子tm，在计算插值函数时不用从初始点开始进行迭代运算，而是可以计算任意相邻插值点的插值函数，计算步骤如下：
设每一段的五次多项式F(t)为：
F(t)＝λ0+λ1(t-tm)+λ2(t-tm)2+λ3(t-tm)3+λ4(t-tm)4+λ5(t-tm)5 (1)
其中，t是插值时刻点，F(t)代表t时刻对应的关节位置，λi(i＝0,1,…5)为未知的多项式系数，tm为插值因子，F(t)的一阶、二阶导数F′(t),F″(t)表达式如下：
Figure BDA0003016991050000021
为求得相邻点之间的五次多项式系数，使用以下端点处约束：
Figure BDA0003016991050000031
其中，pm和pn、vm和vn、am和an分别为插值因子tm和插值时刻点tn所对应的函数值、一阶导数函数值、二阶导数函数值，把约束条件代入(1)和(2)易得：
Figure BDA0003016991050000032
其中Δp＝pm-pn,Δt＝tm-tn。
更进一步，所述步骤3中，对于摆动腿的踝关节，选取双脚支撑时刻即摆动开始，摆动脚跟离地时刻，踝关节摆动至最高点时刻，摆动脚跟着地时刻和摆动脚触地再次双脚支撑时刻即摆动结束，摆动腿踝关节的五个关键时间点分别在矢状面内x轴和z轴的轨迹表达式xa(t)和za(t)如下所示：
Figure BDA0003016991050000033
Figure BDA0003016991050000034
其中，T表示一个完整的摆动周期，D表示步长，n表示第n次摆动，t＝nT,nT+Td,nT+Td,nT+T,(n+1)T+Td分别表示一个摆动周期中五个关键的时间点，即开始摆动，脚跟离地，摆动到最高点，脚跟着地，摆动落地；θm、θn分别表示脚跟离地与脚跟着地时脚掌与水平面的夹角，d表示踝关节距离脚掌的垂直距离，df、db分别表示踝关节在脚掌的投影与脚尖和脚跟之间的距离，dh、h分别表示踝关节摆动到最高点距离起始点的距离和离地高度；
考虑到人体正常行走过程中髋关节的离地高度基本不变，因此只考虑摆动腿髋关节在x轴的运动，摆动腿髋关节在x轴的轨迹表达式xh(t)如下所示：
Figure BDA0003016991050000041
其中，l1、l2分别代表双脚支撑阶段，髋关节垂直于地面的投影与前后两只支撑脚的踝关节垂直于地面的投影之间的距离，l3、l4分别代表单脚支撑阶段，髋关节垂直于地面的投影与前后两只支撑脚的踝关节垂直于地面的投影之间的距离。
根据正常人行走的各项步态参数，设T＝0.9s,Td＝0.3s,Th＝0.6s,D＝0.6m,dh＝0.18m,h＝0.32m,θm＝20°,θn＝30°,df＝0.2m,db＝0.06m,d＝0.1m,l1＝l2＝0.08m,l3＝0.15m,l4＝0.11m，把这些参数代入踝关节和髋关节的表达式中，计算出五个插值点的坐标值(t＝0s,0.3s,0.6s,0.9s,1.2s)，得对应时刻点的函数值为：
Figure BDA0003016991050000042
根据插补法原理，在已知髋关节和踝关节的插值点之间进行数据点的密化，对未知点以0.1s为间距在区间[0.1s 1.2s]中进行插补，得到13个插值点的函数值：
Figure BDA0003016991050000043
最后，在所述步骤4中，对插补后得到的13个插值点再次运用分段五次多项式插值，求出每相邻两个插值点间的插值函数，并使用MATLAB拟合出髋关节和踝关节的步态曲线，给出步态函数表达式；
踝关节在矢状面内x轴和z轴的步态函数表达式为：
Figure BDA0003016991050000051
髋关节在矢状面内x轴的步态函数表达式为：
xh(t)＝0.6276t5-1.524t4+0.8166t3+0.3546t2+0.0972t+0.0821 (11)。
本发明的有益效果主要表现在：建立人体五连杆运动模型，对人体正常步态进行分析；在分段五次多项式插值公式中加入插值因子，在计算插值函数时不用从初始点开始进行迭代运算，而是可以计算任意相邻插值点的插值函数，大大减低了计算量；与常用的三次样条插值，Hermite插值法，分段三次多项式插值法相比，使用分段五次多项式插值得到拟合曲线更加平滑，拟合精度更高，也有效的避免了断点处的过冲震荡现象(也称为龙格现象)；对已知的5个插值点使用分段五次多项式插值，并对未知点进行插补，使得插值点增至13个；对插补后的13个插值点再次运用分段五次多项式插值法，并使用MATLAB拟合出步态曲线，可以对比得出13个插值点的拟合曲线比已知5个插值点的拟合曲线更加平滑，轨迹误差更小，更加符合人正常行走规律。因此，本发明可以有效的帮助下肢运动障碍人士进行康复治疗，减轻社会和家庭的负担。
附图说明
图1是本发明流程图；
图2是人体简易五连杆模型；
图3是人体行走单腿摆动周期，其中，(a)开始摆动，(b)脚跟离地，(c)摆动到最高点，(d)脚跟着地，(e)摆动落地；
图4是插补后踝关节x轴的仿真步态轨迹图；
图5是插补后踝关节z轴的仿真步态轨迹图；
图6是插补后髋关节x轴的仿真步态轨迹图；
图7是插补前后踝关节x轴的插值曲线与拟合曲线的拟合误差比较；
图8是插补前后踝关节z轴的插值曲线与拟合曲线的拟合误差比较；
图9是插补前后髋关节x轴的插值曲线与拟合曲线的拟合误差比较。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图9，一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将人体正常行走状态简化为五连杆模型，对人体正常步态进行分析，给出单腿摆动周期过程；
步骤2、给出多项式插值法的推导步骤，并计算出多项式系数；
步骤3、选取正常行走状态下的关键插值时刻，对已知的相邻插值点第一次使用分段五次多项式插值法，得到每段的插值函数，根据插补法原理插值函数，在已知相邻的插值点之间作插补，进行数据点的密化，得到更多的插值点；
步骤4、对插补后得到的插值点第二次使用分段五次多项式插值法，得到相邻插值点的插值函数，并使用MATLAB拟合得出髋关节和踝关节的步态曲线和具体的步态函数表达式。
在步骤1中，将人体看作一个五连杆模型，分别为上半身躯干和下半身左右两侧大腿以及小腿，在进行步态规划时只需要规划出患者的髋关节和踝关节行走曲线即可，且只考虑矢状面即人体前行方向的运动；对人体正常步态进行分析，可以看作是一个周期往复的活动，一般来说，人体的步态周期是由支撑期和摆动期组成的；正常行走过程中，人的两只脚在支撑期和摆动期周期交替，分析单腿的周期摆动过程。
在步骤2中，根据插值法原理，在原有的五次插值多项式中加入插值因子tm，在计算插值函数时不用从初始点开始进行迭代运算，而是可以计算任意相邻插值点的插值函数，大大减低了计算量，设每一段的五次多项式为：
F(t)＝λ0+λ1(t-tm)+λ2(t-tm)2+λ3(t-tm)3+λ4(t-tm)4+λ5(t-tm)5 (1)
其中，t是插值时刻点，F(t)代表t时刻对应的关节位置，λi(i＝0,1,…5)为未知的多项式系数，tm为插值因子，F(t)的一阶、二阶导数F′(t),F″(t)表达式如下：
Figure BDA0003016991050000061
为求得相邻点之间的五次多项式系数，使用以下端点处约束：
Figure BDA0003016991050000062
其中，pm和pn、vm和vn、am和an分别为插值因子tm和插值时刻点tn所对应的函数值、一阶导数函数值、二阶导数函数值，把约束条件代入(1)和(2)得：
Figure BDA0003016991050000071
其中，Δp＝pm-pn,Δt＝tm-tn。
在步骤3中，对于摆动腿的踝关节，选取双脚支撑时刻即摆动开始，摆动脚跟离地时刻，踝关节摆动至最高点时刻，摆动脚跟着地时刻和摆动脚触地再次双脚支撑时刻即摆动结束，摆动腿踝关节的五个关键时间点分别在矢状面内x轴和z轴的轨迹表达式xa(t)和za(t)如下所示：
Figure BDA0003016991050000072
Figure BDA0003016991050000073
其中，T表示一个完整的摆动周期，D表示步长，n表示第n次摆动，t＝nT,nT+Td,nT+Td,nT+T,(n+1)T+Td分别表示一个摆动周期中五个关键的时间点，即开始摆动，脚跟离地，摆动到最高点，脚跟着地，摆动落地；θm、θn分别表示脚跟离地与脚跟着地时脚掌与水平面的夹角，d表示踝关节距离脚掌的垂直距离，df、db分别表示踝关节在脚掌的投影与脚尖和脚跟之间的距离，dh、h分别表示踝关节摆动到最高点距离起始点的距离和离地高度；
考虑到人体正常行走过程中髋关节的离地高度基本不变，因此只考虑摆动腿髋关节在x轴的运动，摆动腿髋关节在x轴的轨迹表达式xh(t)如下所示：
Figure BDA0003016991050000081
其中，l1、l2分别代表双脚支撑阶段，髋关节垂直于地面的投影与前后两只支撑脚的踝关节垂直于地面的投影之间的距离，l3、l4分别代表单脚支撑阶段，髋关节垂直于地面的投影与前后两只支撑脚的踝关节垂直于地面的投影之间的距离；
根据正常人行走的各项步态参数，设T＝0.9s,Td＝0.3s,Th＝0.6s,D＝0.6m,dh＝0.18m,h＝0.32m,θm＝20°,θn＝30°,df＝0.2m,db＝0.06m,d＝0.1m,l1＝l2＝0.08m,l3＝0.15m,l4＝0.11m，把这些参数代入踝关节和髋关节的表达式中，计算出五个插值点的坐标值(t＝0s,0.3s,0.6s,0.9s,1.2s)，易得对应时刻点的函数值为：
Figure BDA0003016991050000082
根据插补法原理，在已知髋关节和踝关节的插值点之间进行数据点的密化，对未知点以0.1s为间距在区间[0.1s 1.2s]中进行插补，得到13个插值点的函数值：
Figure BDA0003016991050000083
在步骤4中，对插补后得到的13个插值点再次运用分段五次多项式插值，每相邻两个插值点间得到一个插值函数，并使用MATLAB拟合出髋关节和踝关节的步态曲线如附图所示，给出具体的步态函数表达式。
踝关节在矢状面内x轴和z轴的步态函数表达式为：
Figure BDA0003016991050000084
髋关节在矢状面内x轴的步态函数表达式为：
xh(t)＝0.6276t5-1.524t4+0.8166t3+0.3546t2+0.0972t+0.0821 (11)。
本发明的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，首先建立人体五连杆运动模型，对人体正常步态进行分析，在分段五次多项式插值公式中加入插值因子tm，更加简单高效的计算出五次多项式的系数，对已知的5个插值点第一次使用分段五次多项式插值，并对未知点进行插补，使得插值点增至13个，对插补后的插值点再次运用分段五次多项式插值法，使用MATLAB进行拟合，可以得出插补过的拟合曲线更加平滑，轨迹误差更小，更加符合人正常行走规律。规划出的步态曲线满足下肢运动障碍患者的正常行走需求，达到了帮助他们进行康复训练治疗的目的。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将人体正常行走状态简化为五连杆模型，对人体正常步态进行分析，给出单腿摆动周期过程；
步骤2、给出多项式插值法的推导步骤，并计算出多项式系数；
步骤3、选取正常行走状态下的关键插值时刻，对已知的相邻插值点第一次使用分段五次多项式插值法，得到每段的插值函数，根据插补法原理插值函数，在已知相邻的插值点之间作插补，进行数据点的密化，得到更多的插值点；
步骤4、对插补后得到的插值点第二次使用分段五次多项式插值法，得到相邻插值点的插值函数，并使用MATLAB拟合得出髋关节和踝关节的步态曲线和具体的步态函数表达式。
2.根据权利要求1所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤1中，将人体看作一个五连杆模型，分别为上半身躯干和下半身左右两侧大腿以及小腿，在进行步态规划时只需要规划出患者的髋关节和踝关节行走曲线即可，且只考虑矢状面即人体前行方向的运动。对人体正常步态进行分析，可以看作是一个周期往复的活动，人体的步态周期是由支撑期和摆动期组成的，正常行走过程中，人的两只脚在支撑期和摆动期周期交替，给出单腿的摆动周期过程。
3.根据权利要求2所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤2中，根据插值法原理，在原有的五次插值多项式中加入插值因子tm，在计算插值函数时不用从初始点开始进行迭代运算，而是可以计算任意相邻插值点的插值函数，计算步骤如下：
设每一段的五次多项式F(t)为：
F(t)＝λ0+λ1(t-tm)+λ2(t-tm)2+λ3(t-tm)3+λ4(t-tm)4+λ5(t-tm)5 (1)
其中，t是插值时刻点，F(t)代表t时刻对应的关节位置，λi(i＝0,1,…5)为未知的多项式系数，tm为插值因子，F(t)的一阶、二阶导数F′(t),F″(t)表达式如下：
Figure FDA0003016991040000021
为求得相邻点之间的五次多项式系数，使用以下端点处约束：
Figure FDA0003016991040000022
其中，pm和pn、vm和vn、am和an分别为插值因子tm和插值时刻点tn所对应的函数值、一阶导数函数值、二阶导数函数值，把约束条件代入(1)和(2)易得：
Figure FDA0003016991040000023
其中Δp＝pm-pn,Δt＝tm-tn。
4.根据权利要求3所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤3中，对于摆动腿的踝关节，选取双脚支撑时刻即摆动开始，摆动脚跟离地时刻，踝关节摆动至最高点时刻，摆动脚跟着地时刻和摆动脚触地再次双脚支撑时刻即摆动结束，摆动腿踝关节的五个关键时间点分别在矢状面内x轴和z轴的轨迹表达式xa(t)和za(t)如下所示：
Figure FDA0003016991040000024
Figure FDA0003016991040000025
其中，T表示一个完整的摆动周期，D表示步长，n表示第n次摆动，t＝nT,nT+Td,nT+Td,nT+T,(n+1)T+Td分别表示一个摆动周期中五个关键的时间点，即开始摆动，脚跟离地，摆动到最高点，脚跟着地，摆动落地；θm、θn分别表示脚跟离地与脚跟着地时脚掌与水平面的夹角，d表示踝关节距离脚掌的垂直距离，df、db分别表示踝关节在脚掌的投影与脚尖和脚跟之间的距离，dh、h分别表示踝关节摆动到最高点距离起始点的距离和离地高度；
考虑到人体正常行走过程中髋关节的离地高度基本不变，因此只考虑摆动腿髋关节在x轴的运动，摆动腿髋关节在x轴的轨迹表达式xh(t)如下所示：
Figure FDA0003016991040000031
其中，l1、l2分别代表双脚支撑阶段，髋关节垂直于地面的投影与前后两只支撑脚的踝关节垂直于地面的投影之间的距离，l3、l4分别代表单脚支撑阶段，髋关节垂直于地面的投影与前后两只支撑脚的踝关节垂直于地面的投影之间的距离；
根据正常人行走的各项步态参数，设T＝0.9s,Td＝0.3s,Th＝0.6s,D＝0.6m,dh＝0.18m,h＝0.32m,θm＝20°,θn＝30°,df＝0.2m,db＝0.06m,d＝0.1m,l1＝l2＝0.08m,l3＝0.15m,l4＝0.11m，把这些参数代入踝关节和髋关节的表达式中，计算出五个插值点的坐标值(t＝0s,0.3s,0.6s,0.9s,1.2s)，得对应时刻点的函数值为：
Figure FDA0003016991040000032
根据插补法原理，在已知髋关节和踝关节的插值点之间进行数据点的密化，对未知点以0.1s为间距在区间[0.1s 1.2s]中进行插补，得到13个插值点的函数值为：
Figure FDA0003016991040000041
5.根据权利要求4所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤3中，对插补后得到的13个插值点再次运用分段五次多项式插值，求出每相邻两个插值点间的插值函数，并使用MATLAB拟合出髋关节和踝关节的步态曲线，给出步态函数表达式；
踝关节在矢状面内x轴和z轴的步态函数表达式为：
Figure FDA0003016991040000042
髋关节在矢状面内x轴的步态函数表达式为：
xh(t)＝0.6276t5-1.524t4+0.8166t3+0.3546t2+0.0972t+0.0821 (11)。
CN202110392499.5A 2021-04-13 2021-04-13 基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法 Pending CN113239515A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110392499.5A CN113239515A (zh) 2021-04-13 2021-04-13 基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110392499.5A CN113239515A (zh) 2021-04-13 2021-04-13 基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113239515A true CN113239515A (zh) 2021-08-10

Family

ID=77128575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110392499.5A Pending CN113239515A (zh) 2021-04-13 2021-04-13 基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113239515A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115588006A (zh) * 2022-11-11 2023-01-10 四川大学 一种标准化牙弓形态的提取方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115588006A (zh) * 2022-11-11 2023-01-10 四川大学 一种标准化牙弓形态的提取方法
CN115588006B (zh) * 2022-11-11 2023-11-21 四川大学 一种标准化牙弓形态的提取方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110215648B (zh) 基于人体步态运动协调特性的外骨骼协调步态控制方法
Liu et al. EMG-based real-time linear-nonlinear cascade regression decoding of shoulder, elbow, and wrist movements in able-bodied persons and stroke survivors
Raj et al. Mina: a sensorimotor robotic orthosis for mobility assistance.
CN107088128A (zh) 一种移乘护理机器人的行为安全控制方法
CN111604890A (zh) 一种适用于外骨骼机器人的运动控制方法
CN112220650B (zh) 一种外骨骼机器人对侧训练用在线步态生成控制系统
CN103932868A (zh) 一种截瘫助行动力外骨骼的控制方法
CN113239515A (zh) 基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法
CN110025455A (zh) 一种四肢外骨骼康复机器人
CN111408043B (zh) 功能性电刺激和外骨骼设备的协调控制方法、装置、存储介质及系统
Shu et al. Modulation of prosthetic ankle plantarflexion through direct myoelectric control of a subject-optimized neuromuscular model
Kagawa et al. A human interface for stride control on a wearable robot
Wang et al. Gait trajectory planning and simulation for the powered gait orthosis
Zhang et al. Real time gait planning for a mobile medical exoskeleton with crutche
Wang et al. Mechanical Design of a Wheelchair with Multi-Posture Characteristics
CN102204862B (zh) 一种截瘫患者康复训练机器人
CN113230093A (zh) 适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划
Ren et al. On-line dynamic gait generation model for wearable robot with user’s motion intention
Li et al. Design, control and implementation of a powered prosthetic leg
Kagawa et al. On-line control of continuous walking of wearable robot coordinating with user's voluntary motion
Zhang et al. Four-legged gait planning method for a mobile medical exoskeleton with a pair of crutches
Hussain et al. Dynamic simulation of indoor rowing exercise for paraplegics
Yuan et al. Upper and lower limb linkage design and training trajectory planning of rehabilitation robot
CN117688276A (zh) 一种基于td3算法的下肢康复机器人控制方法
Sapiee et al. Trajectory Generation for Hip Rehabilitation Exoskeleton Using Trajectory

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination