[发明专利]一种双足支撑区域判别的方法

说明书

本发明属于机器人技术领域，涉及一种双足支撑区域判别的控制系统及方法。控制系统包括主机、从机1与从机2,控制方法包括以下步骤：(1)建立初始站立状态下的双足标记点坐标系；(2)根据行走过程中左脚压力测量单元和右脚压力测量单元反馈的信号判断双足步态相；(3)根据步骤(2)判定的双足步态相确定左、右脚各自的支撑区域；(4)根据左脚惯性测量单元和右脚惯性测量单元确定双足的位移和足偏角，并在步骤(1)的坐标系内计算由步骤(3)确定的左、右脚各自支撑区域内的标记点坐标值；(5)以步骤(4)中标记点连线构成的区域计算双足支撑区域。提高双足行走时双足支撑区域计算的准确性和实时性。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地涉及一种双足支撑区域判别的控制系统及方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

随着可穿戴带设备技术及机器人传感器技术的不断发展，人体工程学与机器人学的综合应用已成为国内外研究的热点。其中像下肢外骨骼机器人、双足机器人等项目，就是人体步态行走在机器人领域的应用。为实现仿人行走的稳定性，必须研究一套专门的防跌倒机制，即实时监测ZMP(零力矩点)与双足的支撑区域的位置关系，以便控制ZMP落在双足支撑区域内，使整个系统保持稳定，其中双足支撑区域的判断与识别是一个重点。

目前，针对于行走过程中双足信息测量的装置及方法，大部分只是单纯的基于足底压力或基于足部加速度等一种信息来进行测量分析，例如已公开的专利号为CN201510946361.X的名为“一种测量足底压力的方法”的专利，以及专利号为CN201510239285.9的名为“一种行人步幅测量系统”的专利。少数采用两种以上传感器的检测装置，只限于对双足步态原始信息的采集，而未对数据进行具体处理及应用，或应用的原理及方向与本专利不同。例如已公开的专利号为CN201610838097.2的名为“一种足部姿态信息和压力测量系统及智能运动鞋”的专利，以及专利号为CN201510971801.7的名为“一种可穿戴式多信息融合的步态分析系统及其方法”。本发明在足部加入惯性测量单元的同时，与足底压力信息相融合，首次提出一种方法来实现步态行走过程中双足支撑区域的识别与计算。

发明内容

为解决现有技术对双足机器人双足支撑区域判别方法比较单一的固有问题，提出一种双足支撑区域判别的控制系统及方法。

在根据本发明的一个优选的实施例中，

一种双足支撑区域判别的控制系统，控制系统包括主机、从机1与从机2。

在控制系统内，主机协调从机1、2的运行，并接受、处理从机1、2发送的信息，进行双足支撑区域的实时判别与计算。在硬件上，其核心器件是一块高性能单片机；

在控制系统内，从机1、2受主机调度，主要采集步态中双足的相关信息并发送给主机；在硬件上，其具体涉及一种可用于下肢外骨骼稳定行走的双足支撑区域实时判别装置，其中单个从机主要由压力测量单元、惯性测量单元以及数据处理单片机等组成。

一种双足支撑区域判别的方法,包括以下步骤：

(1)建立双足站立的初始状态下的双足标记点坐标系；

(2)根据行走过程中左脚压力测量单元和右脚压力测量单元反馈的信号判断双足步态相；

(3)根据步骤(2)判定的双足步态相确定左、右脚各自的支撑区域；

(4)在步骤(1)的坐标系内根据左、右脚相对位置和姿态计算由步骤(3) 确定的左、右脚各自的支撑区域内的标记点坐标值；

(5)以步骤(4)中标记点连线构成的区域计算双足支撑区域。