CN115859697A - 一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据识别技术领域，具体涉及一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统及方法，包括：控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；识别模块，用于识别用户佩戴假肢配置参数；设计模块，用于设计假肢的运行动作；捕捉模块，用于捕捉假肢通过设计模块设计的运行动作运行过程中的各工位的位置信息；本发明通过对假肢的配置参数的获取，为系统的运行提供了基础的数据支持，并且采用设计假肢运行动作的方式来驱动假肢获取假肢运行数据，进一步的根据假肢上的各工位在运行过程中的位置信息的获取，来捕捉用户佩戴假肢由假肢根据设计的运行动作运行过程中的实时运行功率及位置变化。

Description

一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及数据识别技术领域，具体涉及一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统及方法。

背景技术

假肢就是用工程技术的手段和方法，为弥补截肢者或肢体不完全缺损的肢体而专门设计和制作装配的人工假体，又称“义肢”。它的主要作用是代替失去肢体的部分功能，使截肢者恢复一定的生活自理和工作能力。其适用对象是因疾病、交通事故、工伤事故、运动创伤等原因的截肢者。

随着科技的发展，目前部分义肢已经具备一定程度的助力功能，正在由机械向智能机械方向研发改进，然而这类具备助力功能的义肢通常存在通病：为用户提供的助力作用力效果恒定，从而在用户穿戴义肢重复执行相同动作时，用户相同动作的持续操作会损失体力，从而无法在每一次运动时，都提供相同的力，由此义肢所提供的助力效果会随用户的重复相同动作而出现不匹配、不协调的情况。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统及方法，解决了上述背景技术中提出的技术问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，包括：

控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；

识别模块，用于识别用户佩戴假肢配置参数；

设计模块，用于设计假肢的运行动作；

捕捉模块，用于捕捉假肢通过设计模块设计的运行动作运行过程中的各工位的位置信息；

分析模块，用于接收捕捉模块捕捉到的假肢的各工位的位置信息，并获取各位置信息时间戳，参考位置信息对应工位对位置信息进行区别分类后进一步参考位置信息产生时间戳对各区别分类中的位置信息进行排序；

补偿模块，用于获取分析模块的下级子模块设定单元设定的功率调节比例，参考功率调节比例对当前运行的假肢上各工位进行运行功率的调节；

其中，补偿模块运行时实时获取假肢的各工位的前两次的运行位置信息，根据两组位置信息获取坐标差值，根据坐标差值并参考功率调节比例获取功率调节数值对假肢上各工位运行功率进行调节。

更进一步地，所述识别模块运行识别用户佩戴假肢配置参数后，同步对识别到的假肢配置参数进行储存；

其中，识别的假肢配置参数包括：假肢的运行工位、假肢的规格数据、假肢的材质、假肢的使用条件及使用年限，假肢的各工位运行功率。

更进一步地，所述识别模块下级设置有子模块，包括：

传感单元，用于实时捕捉假肢运行状态各工位的空间位置信息；

储存单元，用于接收传感单元运行数据，对运行数据进行储存；

其中，传感单元设置有若干组，分别布置在识别模块识别到的假肢的工位上，识别模块识别到的假肢配置参数实时向储存单元发送，于储存单元中储存。

更进一步地，所述传感单元运行时，通过系统端用户手动设定或传单单元自主运行随机捕捉假肢所处空间中的任一位置坐标作为参照坐标，传感单元运行捕捉的假肢运行状态各工位的空间位置信息，均根据参照坐标进行捕捉。

更进一步地，所述设计模块运行设计假肢的运行动作通过假肢佩戴用户完成操作，设计模块设计的假肢运行动作同步向传感单元发送，传感单元以接收到设计模块发送的设计的假肢运行动作作为触发信号触发运行，在假肢佩戴用户根据设计的假肢运行动作进行操作的过程中实时运行；

其中，所述设计模块于系统中重复运行设计有若干组假肢运行动作，且每组假肢运行动作被假肢佩戴用户重复执行若干次，假肢运行动作组数及假肢运行动作重复执行次数通过系统端用户手动编辑设置。

更进一步地，所述捕捉模块运行对假肢的各工位的位置信息进行捕捉时，同步设定位置信息数据捕捉时间戳，捕捉模块根据设定的时间戳于储存单元中搜索相同时间戳储存的数据内容向捕捉模块发送。

更进一步地，所述分析模块下级设置有子模块，包括：

采集单元，用于采集假肢的各工位运行状态下各位置信息对应运行功率参数；

设定单元，用于设定假肢各工位运行状态下的功率调节比例；

其中，所述采集单元运行时，同步获取分析模块运行得到的位置信息排序数据，同步获取排序的位置信息中相邻的位置信息的坐标差值，并向设定单元反馈获取的坐标差值，设定单元参考坐标差值及对应工位运行功率参数设定功率调节比例。

更进一步地，所述捕捉模块运行时，同步通过如下公式对假肢上各工位运行结束后恢复至初始状态的微小变化进行捕捉，并在捕捉后，将捕捉数据向控制终端（1）反馈，公式为：

；

式中：G为假肢工位运行矩阵；

为工位运行目标位置的力矩/接触力；

为位姿；

为假肢工位的微小变化；

α为假肢工位运行做功系数。

更进一步地，所述控制终端通过介质电性连接有识别模块，所述识别模块下级通过介质电性连接有传感单元及储存单元，所述识别模块通过介质电性连接有设计模块、捕捉模块及分析模块，所述设计模块通过介质电性与传感单元相连接，所述捕捉模块通过介质电性与储存单元相连接，所述分析模块下级通过介质电性连接有采集单元及设定单元，所述分析模块通过介质电性连接有补偿模块，所述补偿模块通过介质电性与采集单元及设定单元相连接。

第二方面，一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：识别假肢配置参数，设计假肢运行动作，根据设计的假肢运行动作在用户佩戴假肢状态下驱动假肢运行；

步骤2：设定假肢根据设计的运行动作的重复次数，记载每一次假肢根据设计的运行动作运行过程中的各工位运行位置信息；

步骤3：根据记载假肢各工位运行位置信息的时间戳对假肢各工位运行位置信息进行排序；

步骤4：获取经排序后的假肢各工位运行位置信息，计算位置信息对应位置坐标差值，捕捉假肢各工位运行位置信息对应的功率参数；

步骤5：根据功率参数及计算所得的位置信息对应位置坐标差值，进行假肢各工位功率调节比例的设定；

步骤6：实时监测假肢各工位运行的功率参数及位置信息，参考位置信息及功率参数根据功率调节比例对假肢各工位进行功率调节。

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，该系统在使用过程中通过对假肢的配置参数的获取，为系统的运行提供了基础的数据支持，并且采用设计假肢运行动作的方式来驱动假肢获取假肢运行数据，进一步的根据假肢上的各工位在运行过程中的位置信息的获取，来捕捉用户佩戴假肢由假肢根据设计的运行动作运行过程中的实时运行功率及位置变化，从而以此设计功率调节比例对假肢进行配置供假肢上各工位运行所用，使得假肢被用户使用过程中，能够根据实时的运行状态提供以不同程度的助力效果，提升假肢与用户的协同效果，为用户带来更好的使用体验。

本发明中系统在运行过中，还通过对假肢上各工位运行过程中的位置信息数据采集时的时间戳的获取，对位置信息进行了逻辑排序，从而以此提供以系统运行对功率调节比例设计必要的数据支持，确保系统设计的功率调节比例与用户佩戴假肢的使用助力需求更加吻合。

本发明提供一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制方法，通过该方法中的步骤执行，能够进一步的维护本发明中系统运行的稳定，并且在该方法的步骤执行时，对假肢上工位运行状态位置信息的对应位置坐标的差值进行了计算，从而使得假肢上各工位在进行功率调节比例设计时获取更加精准的数据参考。

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作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统的结构示意图；

图2为一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制方法的流程示意图；

图中的标号分别代表：1、控制终端；2、识别模块；21、传感单元；22、储存单元；3、设计模块；4、捕捉模块；5、分析模块；51、采集单元；52、设定单元；6、补偿模块。

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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例

本实施例的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，如图1所示，包括：

控制终端1，是系统的主控端，用于发出执行命令；

识别模块2，用于识别用户佩戴假肢配置参数；

设计模块3，用于设计假肢的运行动作；

捕捉模块4，用于捕捉假肢通过设计模块3设计的运行动作运行过程中的各工位的位置信息；

分析模块5，用于接收捕捉模块4捕捉到的假肢的各工位的位置信息，并获取各位置信息时间戳，参考位置信息对应工位对位置信息进行区别分类后进一步参考位置信息产生时间戳对各区别分类中的位置信息进行排序；

补偿模块6，用于获取分析模块5的下级子模块设定单元52设定的功率调节比例，参考功率调节比例对当前运行的假肢上各工位进行运行功率的调节；

其中，补偿模块6运行时实时获取假肢的各工位的前两次的运行位置信息，根据两组位置信息获取坐标差值，根据坐标差值并参考功率调节比例获取功率调节数值对假肢上各工位运行功率进行调节。

在本实施例中，控制终端1控制识别模块2运行识别用户佩戴假肢配置参数，同步的由设计模块3设计假肢的运行动作，捕捉模块4后置运行捕捉假肢通过设计模块3设计的运行动作运行过程中的各工位的位置信息，再由分析模块5接收捕捉模块4捕捉到的假肢的各工位的位置信息，并获取各位置信息时间戳，参考位置信息对应工位对位置信息进行区别分类后进一步参考位置信息产生时间戳对各区别分类中的位置信息进行排序，最后通过补偿模块6获取分析模块5的下级子模块设定单元52设定的功率调节比例，参考功率调节比例对当前运行的假肢上各工位进行运行功率的调节。

实施例

在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1所示对实施例1中一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统做进一步具体说明：

识别模块2运行识别用户佩戴假肢配置参数后，同步对识别到的假肢配置参数进行储存；

其中，识别的假肢配置参数包括：假肢的运行工位、假肢的规格数据、假肢的材质、假肢的使用条件及使用年限，假肢的各工位运行功率。

如图1所示，识别模块2下级设置有子模块，包括：

传感单元21，用于实时捕捉假肢运行状态各工位的空间位置信息；

储存单元22，用于接收传感单元21运行数据，对运行数据进行储存；

其中，传感单元21设置有若干组，分别布置在识别模块2识别到的假肢的工位上，识别模块2识别到的假肢配置参数实时向储存单元22发送，于储存单元22中储存。

通过上述识别模块2下级设置的子模块的设置能够对假肢运行状态下各工位的空间位置信息进行获取，并对获取的位置信息数据进行储存，从而为系统中的下级模块运行提供了基础的数据支持。

如图1所示，传感单元21运行时，通过系统端用户手动设定或传单单元21自主运行随机捕捉假肢所处空间中的任一位置坐标作为参照坐标，传感单元21运行捕捉的假肢运行状态各工位的空间位置信息，均根据参照坐标进行捕捉。

如图1所示，设计模块3运行设计假肢的运行动作通过假肢佩戴用户完成操作，设计模块3设计的假肢运行动作同步向传感单元21发送，传感单元21以接收到设计模块3发送的设计的假肢运行动作作为触发信号触发运行，在假肢佩戴用户根据设计的假肢运行动作进行操作的过程中实时运行；

其中，设计模块3于系统中重复运行设计有若干组假肢运行动作，且每组假肢运行动作被假肢佩戴用户重复执行若干次，假肢运行动作组数及假肢运行动作重复执行次数通过系统端用户手动编辑设置。

如图1所示，捕捉模块4运行对假肢的各工位的位置信息进行捕捉时，同步设定位置信息数据捕捉时间戳，捕捉模块4根据设定的时间戳于储存单元22中搜索相同时间戳储存的数据内容向捕捉模块4发送。

如图1所示，分析模块5下级设置有子模块，包括：

采集单元51，用于采集假肢的各工位运行状态下各位置信息对应运行功率参数；

设定单元52，用于设定假肢各工位运行状态下的功率调节比例；

其中，采集单元51运行时，同步获取分析模块5运行得到的位置信息排序数据，同步获取排序的位置信息中相邻的位置信息的坐标差值，并向设定单元52反馈获取的坐标差值，设定单元52参考坐标差值及对应工位运行功率参数设定功率调节比例。

通过上述分析模块5的下级子模块的设置，能够为分析模块5运行进一步完成假肢上各工位运行状态下的功率调节比例的设定，从而为补偿模块6提供以稳定的运行条件。

如图1所示，捕捉模块4运行时，同步通过如下公式对假肢上各工位运行结束后恢复至初始状态的微小变化进行捕捉，并在捕捉后，将捕捉数据向控制终端1反馈，公式为：

；

式中：G为假肢工位运行矩阵；

为工位运行目标位置的力矩/接触力；

为位姿；

为假肢工位的微小变化；

α为假肢工位运行做功系数。

如图1所示，控制终端1通过介质电性连接有识别模块2，识别模块2下级通过介质电性连接有传感单元21及储存单元22，识别模块2通过介质电性连接有设计模块3、捕捉模块4及分析模块5，设计模块3通过介质电性与传感单元21相连接，捕捉模块4通过介质电性与储存单元22相连接，分析模块5下级通过介质电性连接有采集单元51及设定单元52，分析模块5通过介质电性连接有补偿模块6，补偿模块6通过介质电性与采集单元51及设定单元52相连接。

实施例3

在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图2所示对实施例1中一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统做进一步具体说明：

一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：识别假肢配置参数，设计假肢运行动作，根据设计的假肢运行动作在用户佩戴假肢状态下驱动假肢运行；

步骤2：设定假肢根据设计的运行动作的重复次数，记载每一次假肢根据设计的运行动作运行过程中的各工位运行位置信息；

步骤3：根据记载假肢各工位运行位置信息的时间戳对假肢各工位运行位置信息进行排序；

步骤4：获取经排序后的假肢各工位运行位置信息，计算位置信息对应位置坐标差值，捕捉假肢各工位运行位置信息对应的功率参数；

步骤5：根据功率参数及计算所得的位置信息对应位置坐标差值，进行假肢各工位功率调节比例的设定；

步骤6：实时监测假肢各工位运行的功率参数及位置信息，参考位置信息及功率参数根据功率调节比例对假肢各工位进行功率调节。

综上而言，通过上述实施例中记载的系统运行对假肢的配置参数的获取，为系统的运行提供了基础的数据支持，并且采用设计假肢运行动作的方式来驱动假肢获取假肢运行数据，进一步的根据假肢上的各工位在运行过程中的位置信息的获取，来捕捉用户佩戴假肢由假肢根据设计的运行动作运行过程中的实时运行功率及位置变化，从而以此设计功率调节比例对假肢进行配置供假肢上各工位运行所用，使得假肢被用户使用过程中，能够根据实时的运行状态提供以不同程度的助力效果，提升假肢与用户的协同效果，为用户带来更好的使用体验；并且系统在运行过中，还通过对假肢上各工位运行过程中的位置信息数据采集时的时间戳的获取，对位置信息进行了逻辑排序，从而以此提供以系统运行对功率调节比例设计必要的数据支持，确保系统设计的功率调节比例与用户佩戴假肢的使用助力需求更加吻合；此外实施例中还提供了一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制方法，通过该方法中的步骤执行，能够进一步的维护系统运行的稳定，并且在该方法的步骤执行时，对假肢上工位运行状态位置信息的对应位置坐标的差值进行了计算，从而使得假肢上各工位在进行功率调节比例设计时获取更加精准的数据参考。

以上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，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，包括：

控制终端（1），是系统的主控端，用于发出执行命令；

识别模块（2），用于识别用户佩戴假肢配置参数；

设计模块（3），用于设计假肢的运行动作；

捕捉模块（4），用于捕捉假肢通过设计模块（3）设计的运行动作运行过程中的各工位的位置信息；

分析模块（5），用于接收捕捉模块（4）捕捉到的假肢的各工位的位置信息，并获取各位置信息时间戳，参考位置信息对应工位对位置信息进行区别分类后进一步参考位置信息产生时间戳对各区别分类中的位置信息进行排序；

补偿模块（6），用于获取分析模块（5）的下级子模块设定单元（52）设定的功率调节比例，参考功率调节比例对当前运行的假肢上各工位进行运行功率的调节；

其中，补偿模块（6）运行时实时获取假肢的各工位的前两次的运行位置信息，根据两组位置信息获取坐标差值，根据坐标差值并参考功率调节比例获取功率调节数值对假肢上各工位运行功率进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述识别模块（2）运行识别用户佩戴假肢配置参数后，同步对识别到的假肢配置参数进行储存；

其中，识别的假肢配置参数包括：假肢的运行工位、假肢的规格数据、假肢的材质、假肢的使用条件及使用年限，假肢的各工位运行功率。

3.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述识别模块（2）下级设置有子模块，包括：

传感单元（21），用于实时捕捉假肢运行状态各工位的空间位置信息；

储存单元（22），用于接收传感单元（21）运行数据，对运行数据进行储存；

其中，传感单元（21）设置有若干组，分别布置在识别模块（2）识别到的假肢的工位上，识别模块（2）识别到的假肢配置参数实时向储存单元（22）发送，于储存单元（22）中储存。

4.根据权利要求3所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述传感单元（21）运行时，通过系统端用户手动设定或传单单元（21）自主运行随机捕捉假肢所处空间中的任一位置坐标作为参照坐标，传感单元（21）运行捕捉的假肢运行状态各工位的空间位置信息，均根据参照坐标进行捕捉。

5.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述设计模块（3）运行设计假肢的运行动作通过假肢佩戴用户完成操作，设计模块（3）设计的假肢运行动作同步向传感单元（21）发送，传感单元（21）以接收到设计模块（3）发送的设计的假肢运行动作作为触发信号触发运行，在假肢佩戴用户根据设计的假肢运行动作进行操作的过程中实时运行；

其中，所述设计模块（3）于系统中重复运行设计有若干组假肢运行动作，且每组假肢运行动作被假肢佩戴用户重复执行若干次，假肢运行动作组数及假肢运行动作重复执行次数通过系统端用户手动编辑设置。

6.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述捕捉模块（4）运行对假肢的各工位的位置信息进行捕捉时，同步设定位置信息数据捕捉时间戳，捕捉模块（4）根据设定的时间戳于储存单元（22）中搜索相同时间戳储存的数据内容向捕捉模块（4）发送。

7.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述分析模块（5）下级设置有子模块，包括：

采集单元（51），用于采集假肢的各工位运行状态下各位置信息对应运行功率参数；

设定单元（52），用于设定假肢各工位运行状态下的功率调节比例；

其中，所述采集单元（51）运行时，同步获取分析模块（5）运行得到的位置信息排序数据，同步获取排序的位置信息中相邻的位置信息的坐标差值，并向设定单元（52）反馈获取的坐标差值，设定单元（52）参考坐标差值及对应工位运行功率参数设定功率调节比例。

8.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述捕捉模块（4）运行时，同步通过如下公式对假肢上各工位运行结束后恢复至初始状态的微小变化进行捕捉，并在捕捉后，将捕捉数据向控制终端（1）反馈，公式为：

；

式中：G为假肢工位运行矩阵；

为工位运行目标位置的力矩/接触力；

为位姿；

为假肢工位的微小变化；

α为假肢工位运行做功系数。

9.根据权利要求1所述的一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统，其特征在于，所述控制终端（1）通过介质电性连接有识别模块（2），所述识别模块（2）下级通过介质电性连接有传感单元（21）及储存单元（22），所述识别模块（2）通过介质电性连接有设计模块（3）、捕捉模块（4）及分析模块（5），所述设计模块（3）通过介质电性与传感单元（21）相连接，所述捕捉模块（4）通过介质电性与储存单元（22）相连接，所述分析模块（5）下级通过介质电性连接有采集单元（51）及设定单元（52），所述分析模块（5）通过介质电性连接有补偿模块（6），所述补偿模块（6）通过介质电性与采集单元（51）及设定单元（52）相连接。

10.一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制方法，所述方法是对如权利要求1-9中任意一项所述一种基于上肢假肢与用户智能协同的控制系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：识别假肢配置参数，设计假肢运行动作，根据设计的假肢运行动作在用户佩戴假肢状态下驱动假肢运行；

步骤2：设定假肢根据设计的运行动作的重复次数，记载每一次假肢根据设计的运行动作运行过程中的各工位运行位置信息；

步骤3：根据记载假肢各工位运行位置信息的时间戳对假肢各工位运行位置信息进行排序；

步骤4：获取经排序后的假肢各工位运行位置信息，计算位置信息对应位置坐标差值，捕捉假肢各工位运行位置信息对应的功率参数；

步骤5：根据功率参数及计算所得的位置信息对应位置坐标差值，进行假肢各工位功率调节比例的设定；

步骤6：实时监测假肢各工位运行的功率参数及位置信息，参考位置信息及功率参数根据功率调节比例对假肢各工位进行功率调节。

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