[发明专利]一种基于健全肢体运动监测、控制残肢运动的外骨骼系统

权利要求书

1.一种基于健全肢体运动监测、控制残肢运动的外骨骼系统，其特征在于：包括健全肢体监测装置、下残肢驱动装置和助残外骨骼控制器；

健全肢体监测装置实时监测健全一侧下肢膝关节和髋关节的位置和运动速度，以及同侧上肢肩关节和肘关节的位置和运动速度；将监测的信息发送至助残外骨骼控制器；

助残外骨骼控制器根据接收到的监测信息，计算下残肢运动指令，将该指令发送至下残肢驱动装置；

下残肢驱动装置安装在下残肢上，根据运动指令驱动残肢运动或者代替残肢运动；

所述的助残外骨骼控制器实现步骤如下：

(1)在当前控制周期，实时接收并记录健全一侧下肢膝关节和髋关节的位置和运动速度，并根据实时接收的同侧上肢肩关节和肘关节的位置和运动速度，判断人体是否处于行走状态，若为行走状态则执行步骤(2)；否则，发送静止状态指令，使下残肢驱动装置处于静止状态；

(2)判断当前控制周期是否为初始控制周期即启动周期，若为启动周期，则根据接收的监测信息，判断健全一侧的下肢前摆动以及上肢后摆动是否完成，若未完成相应动作，则继续等待接收新的监测信息，直至健全一侧的下肢前摆动以及上肢后摆动完成，进入步骤(3)；若当前控制周期不是启动周期，则直接进入步骤(3)；

(3)实时接收健全一侧上肢的肩关节和肘关节的位置和运动速度，判断健全一侧上肢是否开始前摆，在开始前摆时刻根据当前控制周期记录的健全一侧下肢的膝关节和髋关节的位置和运动速度形成启动控制指令，控制下残肢驱动装置依照健全一侧下肢的运动开始前摆、支撑，完成当前控制周期的运动，进入下一控制周期，从步骤(1)开始循环执行。

2.根据权利要求1所述的一种基于健全肢体运动监测、控制残肢运动的外骨骼系统，其特征在于：所述的助残外骨骼控制器采用不同的方式实现，步骤如下：

(1)在当前控制周期，实时接收并按段记录健全一侧下肢膝关节和髋关节的位置和运动速度，并根据实时接收的同侧上肢肩关节和肘关节的位置和运动速度，判断人体是否处于行走状态，若为行走状态则执行步骤(2)；否则，发送静止状态指令，使下残肢驱动装置处于静止状态；所述的按段记录为将健全一侧下肢从支撑到前摆完成为第一段，健全一侧下肢从前摆完成到下残肢与地面垂直过程为第二段，健全一侧下肢从与地面垂直到后摆完成为第三段；

(2)判断当前控制周期是否为初始控制周期即启动周期，若为启动周期，则根据接收的监测信息，判断健全一侧的下肢前摆动以及上肢后摆动是否完成，若未完成相应动作，则继续等待接收新的监测信息，直至健全一侧的下肢前摆动以及上肢后摆动完成，进入步骤(3)；若当前控制周期不是启动周期，则直接进入步骤(3)；

(3)实时接收健全一侧上肢的肩关节和肘关节的位置和运动速度，判断健全一侧上肢是否开始前摆，在开始前摆时刻根据当前控制周期记录的第一段健全一侧下肢的膝关节和髋关节的位置和运动速度形成启动控制指令，控制下残肢驱动装置开始前摆；进入步骤(4)；

(4)实时接收健全一侧上肢的肩关节和肘关节的位置和运动速度，判断健全一侧上肢是否到达与地面垂直的位置，若到达该位置，则根据当前控制周期记录的第二段健全一侧下肢的膝关节和髋关节的位置和运动速度形成控制指令，控制下残肢驱动装置根据控制指令中的内容对人体进行支撑，进入步骤(5)；

(5)实时接收健全一侧上肢的肩关节和肘关节的位置和运动速度，判断健全一侧上肢是否开始后摆，若开始后摆，则在开始后摆时刻根据当前控制周期记录的第三段健全一侧下肢的膝关节和髋关节的位置和运动速度形成控制指令，控制下残肢驱动装置根据控制指令中的内容对人体进行支撑，完成当前控制周期的运动，进入下一控制周期，从步骤(1)开始循环执行。