CN117357872B - 一种假腿跑步模式控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能假腿技术领域，具体是涉及一种假腿跑步模式控制方法、装置、设备及存储介质。本发明首先计算假腿的跑步速度；然后根据跑步速度，计算出与跑步速度相匹配的阻尼器的跑步阻尼；最后控制阻尼器以跑步阻尼伴随假腿的跑步。也就是在假腿跑步过程中会根据跑步速度大小及时主动调整阻尼器的阻尼，以降低阻尼器对假腿的阻碍程度，进而使得假腿使用者更方便地操作假腿跑步。

Description

一种假腿跑步模式控制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及智能假腿技术领域，具体是涉及一种假腿跑步模式控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

由于意外或先天疾病会导致腿部残缺，对于腿部残缺人士需要安装假腿以帮助其正常行走或跑步。而使用假腿跑步时，由于假腿所受到的外界阻尼是固定不变的，即使假腿跑步速度很快，但是由于阻尼固定不变，也就是假腿受到的外界阻力不变，导致假腿使用者需要向假腿施加较大的作用力才能足以抵抗该阻力，以保证跑步速度，也就是现有的假腿处于跑步模式时会增大使用者的操作难度。

综上所述，使用者借助假腿跑步会增大跑步难度。

因此，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种假腿跑步模式控制方法、装置、设备及存储介质，解决了使用者借助假腿跑步会增大跑步难度的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种假腿跑步模式控制方法，其中，包括：

确定假腿的跑步速度；

依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼；

控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步。

在一种实现方式中，所述确定假腿的跑步速度，包括：

采集所述假腿在跑步过程中的前后运动所对应的周期；

采集所述假腿在跑步过程中的步长；

依据所述周期和所述步长，确定所述跑步速度。

在一种实现方式中，所述依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼，包括：

当所述跑步速度大于预设速度阈值时，依据所述跑步速度和速度阻尼反比例曲线，确定所述阻尼器在所述假腿在向前伸展过程中所需要的伸展目标阻尼和所述假腿在向后弯曲过程中所需要的弯曲目标阻尼；

依据所述跑步速度和速度阻尼正比例曲线，确定所述阻尼器终止所述假腿向后弯曲时所需要的制动阻尼，所述制动阻尼大于所述弯曲目标阻尼；

将所述伸展目标阻尼和所述弯曲目标阻尼以及所述制动阻尼作为所述阻尼器的跑步阻尼。

在一种实现方式中，所述控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步，包括：

当所述假腿处在向前伸展过程时，减小所述阻尼器的伸展阻尼至所述伸展目标阻尼；

当所述假腿由向前伸展切换至向后弯曲时，减少所述阻尼器的弯曲阻尼至所述弯曲目标阻尼，并采集所述假腿向后弯曲的弯曲角度；

当所述弯曲角度大于设定角度阈值时，增大所述阻尼器的弯曲阻尼至制动阻尼。

在一种实现方式中，所述设定角度阈值的构建方式，包括：

采集所述假腿的使用者的体重；

依据所述体重和所述跑步速度，构建所述设定角度阈值。

在一种实现方式中，所述依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼，包括：

当所述跑步速度小于或等于预设速度阈值时，接收设置在所述假腿底部的压力传感器所采集的压力数据；

确定所述预设速度阈值和所述跑步速度之间的速度差值；

依据所述速度差值和所述压力数据，确定安装在所述假腿上的阻尼器的伸展安全阻尼和弯曲安全阻尼，并将所述伸展安全阻尼和所述弯曲安全阻尼作为跑步阻尼。

在一种实现方式中，所述控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步，包括：

当所述假腿处在向前伸展过程时，逐渐增大所述阻尼器的伸展阻尼至所述伸展安全阻尼；

当所述假腿由向前伸展切换至向后弯曲时，采集所述假腿向后弯曲的弯曲角度；

当所述弯曲角度大于安全角度阈值时，逐渐增大所述阻尼器的弯曲阻尼至所述弯曲安全阻尼。

第二方面，本发明实施例还提供一种假腿跑步模式控制装置，其中，所述装置包括如下组成部分：

速度计算模块，用于确定假腿的跑步速度；

阻尼计算模块，用于依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼；

控制模块，用于控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步。

第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，其中，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的假腿跑步模式控制程序，所述处理器执行所述假腿跑步模式控制程序时，实现上述所述的假腿跑步模式控制方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有假腿跑步模式控制程序，所述假腿跑步模式控制程序被处理器执行时，实现上述所述的假腿跑步模式控制方法的步骤。

有益效果：本发明首先计算假腿的跑步速度；然后根据跑步速度，计算出与跑步速度相匹配的阻尼器的跑步阻尼；最后控制阻尼器以跑步阻尼伴随假腿的跑步。也就是在假腿跑步过程中会根据跑步速度大小及时主动调整阻尼器的阻尼，以降低阻尼器对假腿的阻碍程度，进而使得假腿使用者更方便地操作假腿跑步。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为本发明实施例中的假腿结构图；

图3为本发明提供的假腿跑步模式控制装置结构图；

图4为本发明实施例提供的终端设备的内部结构原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

经研究发现，由于意外或先天疾病会导致腿部残缺，对于腿部残缺人士需要安装假腿以帮助其正常行走或跑步。而使用假腿跑步时，由于假腿所受到的外界阻尼是固定不变的，即使假腿跑步速度很快，但是由于阻尼固定不变，也就是假腿受到的外界阻力不变，导致假腿使用者需要向假腿施加较大的作用力才能足以抵抗该阻力，以保证跑步速度，也就是现有的假腿处于跑步模式时会增大使用者的操作难度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种假腿跑步模式控制方法、装置、设备及存储介质，解决了使用者借助假腿跑步会增大跑步难度的问题。具体实施时，首先确定假腿的跑步速度；然后依据跑步速度，确定安装在假腿上的阻尼器4的跑步阻尼；最后控制阻尼器4以跑步阻尼伴随假腿的跑步。本发明能够在跑步模式下调整阻尼器4的阻尼，使得跑步变得轻松。

举例说明，如图2所示，假腿包括接受腔1、转轴2、小腿部3以及阻尼器4，其中接受腔1用于固定在用户残肢大腿上，转轴2转动安装在接受腔1的底端，小腿部3与转轴2转动连接，阻尼器4包括缸体和活塞杆，活塞杆与缸体构成伸缩式连接，也就是活塞杆可伸缩至缸体内部，其中活塞杆的顶部与转轴2转动连接，缸体固定或铰接在小腿部3的外壁上。阻尼器4的阻尼包括弯曲阻尼和伸展阻尼，其中弯曲阻尼就是活塞杆向缸体内部收缩时所受到的缸体施加给活塞杆的阻尼，伸展阻尼就是活塞杆向缸体外部移出时所受到的缸体施加给活塞杆的阻尼。弯曲阻尼和伸展阻尼都是可以调节的，当假腿处于直立站立时，通过增大弯曲阻尼，可以让阻尼器4更好地辅助支撑安装在接受腔1内的残肢大腿保持站立姿势。

通过设置在小腿部3上的传感器采集到假腿的跑步速度，当跑步速度很大时，需要调小弯曲阻尼，以降低小腿部3向后弯曲时所受到的阻力，需要调小伸展阻尼，以降低小腿部3向前伸展时所受到的阻力。本发明的跑步速度越大，弯曲阻尼和伸展阻尼越小，从而保证小腿部3前后移动时不受到阻碍。这是因为当跑步速度很大时，需要频繁地前后甩动假腿，而前后甩动假腿，假腿会受到阻尼器4所施加的阻力。而本发明在速度很大时，主动调节阻尼器4的阻尼，从而不需要使用者通过残肢大腿额外施加更大的作用力给假腿才能促使假腿频繁的前后移动，从而使得跑步变得轻松。

本实施例的假腿跑步模式控制方法可应用于终端设备中，所述终端设备可为具有控制功能的终端产品，比如假腿控制器等。在本实施例中，如图1中所示，所述假腿跑步模式控制方法具体包括如下步骤：

S100，确定假腿的跑步速度。

S200，依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器4的跑步阻尼。

S300，控制所述阻尼器4以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步。

在一个实施例中，步骤S100包括如下的具体步骤：

S101，采集所述假腿在跑步过程中的前后运动所对应的周期。

假腿的小腿部3上设置有IMU传感器，IMU传感器可以采集假腿的运动数据，通过对运动数据的解析可以得到假腿的运动周期，所谓的运动周期也就是假腿向前伸展一次和向后弯曲一次所需要的时长。

S102，采集所述假腿在跑步过程中的步长。

该步长为五个周期内的平均步长，步长就是左右两个假腿在跑步时的距离，该距离为两个假腿的底部之间的距离。其中一个假腿底部设置有激光发射器，另一个假腿底部设置有激光接收器，记录激光发射器发射一次光束到达激光接收器所需要的最大时间，将该最大时间乘以激光传输速度就是步长。

S103，依据所述周期和所述步长，确定所述跑步速度。

步长乘以二之后除以周期就是跑步速度，也可以直接在小腿部3上设置速度传感器以采集跑步速度。

在一个实施例中，步骤S200包括如下的具体步骤S201a、S202a、S203a：

S201a，当所述跑步速度大于预设速度阈值时，依据所述跑步速度和速度阻尼反比例曲线，确定所述阻尼器4在所述假腿在向前伸展过程中所需要的伸展目标阻尼和所述假腿在向后弯曲过程中所需要的弯曲目标阻尼。

预设速度阈值为3km/h，当跑步速度大于3km/h时，说明跑步速度很大，此时伸展阻尼和弯曲阻尼都要随着跑步速度的增大而减小。这是因为速度变大时，也就意味着需要残肢大腿频繁地给假腿施加作用力，才能使得假腿持续维持上述跑步速度，而减少阻尼器4的伸展阻尼和弯曲阻尼，使得残肢大腿施加很小的力给假腿就能够让假腿快速移动以维持上述跑步速度，从而使得跑步变得轻松。

伸展目标阻尼：

；

弯曲目标阻尼：

；

式中，和/>均是大于1的常数。

S202a，依据所述跑步速度和速度阻尼正比例曲线，确定所述阻尼器4终止所述假腿向后弯曲时所需要的制动阻尼，所述制动阻尼大于所述弯曲目标阻尼。

当残肢大腿通过甩动转轴2而带动小腿部3向后弯曲时，由于跑步速度很大，因此小腿部3有很大的惯性，在该惯性作用下，即使残肢大腿撤去作用力，该小腿部3依然会向后继续弯曲，如果弯曲角度过大，就会容易导致摔倒，因此当速度很大时就要增大制动阻尼，以阻碍小腿部3弯曲角度过大，从而防止跑步时摔倒。

S203a，将所述伸展目标阻尼和所述弯曲目标阻尼以及所述制动阻尼作为所述阻尼器4的跑步阻尼。

基于上述实施例，步骤S300包括如下的具体步骤S301a、S302a、S303a：

S301a，当所述假腿处在向前伸展过程时，减小所述阻尼器4的伸展阻尼至所述伸展目标阻尼。

接受腔1靠近转轴2的位置处设置有转动角度传感器，用于检测转轴2的转动角度，当检测当转轴2逆时针转动时，说明假腿向前伸展，此时需要减少阻尼器4的伸展阻尼，以使得假腿轻松向前伸展。

S302a，当所述假腿由向前伸展切换至向后弯曲时，减少所述阻尼器4的弯曲阻尼至所述弯曲目标阻尼，并采集所述假腿向后弯曲的弯曲角度。

同样，当传感器采集到转轴2顺时针转动时，说明假腿向后弯曲，此时需要减小阻尼器4的弯曲阻尼，以方便假腿在低阻尼下向后轻松弯曲。同时为了防止假腿过度向后弯曲导致弯曲角度过大而出现摔倒现象，需要实时监控假腿向后弯曲的角度。弯曲角度就是假腿的小腿部3从与接受腔1位于同一竖直线上向后弯曲的角度。

S303a，当所述弯曲角度大于设定角度阈值时，增大所述阻尼器4的弯曲阻尼至制动阻尼。

当监控到弯曲角度大于设定角度阈值时，就需要及时增大阻尼器4的弯曲阻尼，以防止假腿过度弯曲而导致摔倒。

该实施例中，构建设定角度阈值包括如下的具体步骤：采集所述假腿的使用者的体重；依据所述体重和所述跑步速度，构建所述设定角度阈值。

由于体重越大、跑步速度越大，小腿部3向后弯曲的惯性就越大，因此当体重越大以及跑步速度越大时，就需要相应减少设定角度阈值，以便于及时制止小腿部3继续向后弯曲。

在另一个实施例中，步骤S200包括如下的具体步骤S201b、S202b、S203b：

S201b，当所述跑步速度小于或等于预设速度阈值时，接收设置在所述假腿底部的压力传感器所采集的压力数据。

跑步速度小于或等于预设速度阈值3km/h时，或者跑步速度接近零，说明假腿使用者极有可能是处于站立状态而非跑步状态，因此需要通过压力传感器采集到的压力数据验证是否保持站立状态。

S202b，确定所述预设速度阈值和所述跑步速度之间的速度差值。

速度差值越大，说明假腿使用者越是脱离跑步状态，也就是越接近站立状态。

S203b，依据所述速度差值和所述压力数据，确定安装在所述假腿上的阻尼器4的伸展安全阻尼和弯曲安全阻尼，并将所述伸展安全阻尼和所述弯曲安全阻尼作为跑步阻尼。

伸展安全阻尼就是阻尼器4阻碍小腿部3过度向前伸展所需要的阻尼，弯曲安全阻尼就是阻尼器4阻碍小腿部3过度向后弯曲所需要的阻尼。

速度差值和压力数据越大，说明跑步速度越慢，如果压力数据也越接近使用者体重时，那么就代表使用者保持站立状态，因此需要根据压力数据计算出需要多大的弯曲阻尼和伸展阻尼才能辅助假腿更好的保持站立状态。

基于上述实施例，步骤S300包括如下的具体步骤：

S301b，当所述假腿处在向前伸展过程时，逐渐增大所述阻尼器4的伸展阻尼至所述伸展安全阻尼。

当假腿的速度很慢时，此时已经不再需要考虑如何让假腿更轻松的向前伸展以及向后弯曲，而是要考虑如何让假腿更好的站立在地面上，因此在假腿向前伸展过程中需要逐渐增大伸展阻尼以防止其过度向前伸展。

S302b，当所述假腿由向前伸展切换至向后弯曲时，采集所述假腿向后弯曲的弯曲角度。

S303b，当所述弯曲角度大于安全角度阈值时，逐渐增大所述阻尼器4的弯曲阻尼至所述弯曲安全阻尼。

而当假腿向后弯曲时，一旦弯曲角度超过安全角度阈值时，那么假腿极易摔倒，因此要增大弯曲阻尼以阻碍假腿过度弯曲，从而防止假腿摔倒。

综上，本发明首先计算假腿的跑步速度；然后根据跑步速度，计算出与跑步速度相匹配的阻尼器4的跑步阻尼；最后控制阻尼器4以跑步阻尼伴随假腿的跑步。也就是在假腿跑步过程中会根据跑步速度大小及时主动调整阻尼器4的阻尼，以降低阻尼器4对假腿的阻碍程度，进而使得假腿使用者更方便地操作假腿跑步。

本实施例还提供一种假腿跑步模式控制装置，如图3所示，所述装置包括如下组成部分：

速度计算模块01，用于确定假腿的跑步速度；

阻尼计算模块02，用于依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器4的跑步阻尼；

控制模块03，用于控制所述阻尼器4以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步。

基于上述实施例，本发明还提供了一种终端设备，其原理框图可以如图4所示。该终端设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏。其中，该终端设备的处理器用于提供计算和控制能力。该终端设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种假腿跑步模式控制方法。该终端设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的终端设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种终端设备，终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器中并可在处理器上运行的假腿跑步模式控制程序，处理器执行假腿跑步模式控制程序时，实现如下操作指令：

确定假腿的跑步速度；

依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器4的跑步阻尼；

控制所述阻尼器4以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

最后应说明的是：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 (5)

1.一种假腿跑步模式控制方法，其特征在于，包括：

确定假腿的跑步速度；

依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼；

控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步;

所述依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼，包括：

当所述跑步速度小于或等于预设速度阈值时，接收设置在所述假腿底部的压力传感器所采集的压力数据；

确定所述预设速度阈值和所述跑步速度之间的速度差值，所述速度差值越大越大，假腿使用者越接近站立状态；

依据所述速度差值和所述压力数据，确定安装在所述假腿上的阻尼器的伸展安全阻尼和弯曲安全阻尼，以辅助假腿保持站立状态，并将所述伸展安全阻尼和所述弯曲安全阻尼作为跑步阻尼;

所述控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步，包括：

当所述假腿处在向前伸展过程时，逐渐增大所述阻尼器的伸展阻尼至所述伸展安全阻尼；

当所述假腿由向前伸展切换至向后弯曲时，采集所述假腿向后弯曲的弯曲角度；

当所述弯曲角度大于安全角度阈值时，逐渐增大所述阻尼器的弯曲阻尼至所述弯曲安全阻尼;

所述依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼，还包括：

当所述跑步速度大于预设速度阈值时，依据所述跑步速度和速度阻尼反比例曲线，确定所述阻尼器在所述假腿在向前伸展过程中所需要的伸展目标阻尼和所述假腿在向后弯曲过程中所需要的弯曲目标阻尼；

依据所述跑步速度和速度阻尼正比例曲线，确定所述阻尼器终止所述假腿向后弯曲时所需要的制动阻尼，所述制动阻尼大于所述弯曲目标阻尼；

将所述伸展目标阻尼和所述弯曲目标阻尼以及所述制动阻尼作为所述阻尼器的跑步阻尼；

所述控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步，还包括：

当所述假腿处在向前伸展过程时，减小所述阻尼器的伸展阻尼至所述伸展目标阻尼；

当所述假腿由向前伸展切换至向后弯曲时，减少所述阻尼器的弯曲阻尼至所述弯曲目标阻尼，并采集所述假腿向后弯曲的弯曲角度；

当所述弯曲角度大于设定角度阈值时，增大所述阻尼器的弯曲阻尼至制动阻尼；

所述设定角度阈值的构建方式，包括：

采集所述假腿的使用者的体重；

依据所述体重和所述跑步速度，构建所述设定角度阈值。

2.如权利要求1所述的假腿跑步模式控制方法，其特征在于，所述确定假腿的跑步速度，包括：

采集所述假腿在跑步过程中的前后运动所对应的周期；

采集所述假腿在跑步过程中的步长；

依据所述周期和所述步长，确定所述跑步速度。

3.一种假腿跑步模式控制装置，用于执行权利要求1所述的假腿跑步模式控制方法，其特征在于，所述装置包括如下组成部分：

速度计算模块，用于确定假腿的跑步速度；

阻尼计算模块，用于依据所述跑步速度，确定安装在所述假腿上的阻尼器的跑步阻尼；

控制模块，用于控制所述阻尼器以所述跑步阻尼伴随所述假腿的跑步。

4.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的假腿跑步模式控制程序，所述处理器执行所述假腿跑步模式控制程序时，实现如权利要求1-2任一项所述的假腿跑步模式控制方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有假腿跑步模式控制程序，所述假腿跑步模式控制程序被处理器执行时，实现如权利要求1-2任一项所述的假腿跑步模式控制方法的步骤。