[发明专利]一种基于对称性的智能关节假肢调控方法及系统

说明书

本发明提出一种基于对称性的智能关节假肢调控方法及系统，包括：通过传感器获取残肢运动信息，以及与残肢对称的健肢运动信息，根据残肢运动信息和健肢运动信息，分别得到残肢运动轨迹和健肢运动轨迹，基于残肢运动轨迹和健肢运动轨迹，计算残肢和健肢间的对称性因子；根据健肢上个行走周期对应的健肢运动轨迹，得到残肢目标姿态，根据残肢运动轨迹计算残肢的当前姿态，通过将当前姿态与目标姿态输入控制模型，得到位于残肢的假肢关节电机的控制参数，使用控制参数调控假肢的关节运作。本发明使用对称性作为优化目标，进行智能假肢控制参数调节，从而不需对地形进行预先识别。

技术领域

本发明涉及义肢(假肢)仿生技术领域，并特别涉及一种基于对称性的智能关节假肢调控方法及系统。

背景技术

目前智能假肢主要有以下几种技术：

被动式关节的阻尼智能调控技术。其主要控制原理是能够通过假肢关节内部或健肢上佩戴的传感器信息实时计算传戴者当前行走的步速，将步速分为若干个等级，根据步速快慢自动控制执行机构给予气压缸阻尼不同的参数设置，使摆动相的摆动速度符合穿戴者行走速度，从而使步态更加自然；

主动式关节的仿生运动控制技术。能够在复杂路况下的一些费力动作时提供主动助力，使穿戴者行走更加省力；

基于人体生物信息的智能控制技术。收集脑肌电等能够直观的反映人的运动意图的生物信号，然后通过微处理器来控制关节，达到相应的屈伸阻尼。

然而现有技术存在以下缺陷：

1.被动假肢在行走或者其他运用到假肢关节的过程中阻尼不能随时调节，因此速度变化适应性差，患者容易疲劳；

2.主动式主要采用电机作为驱动装置，由于关节运动过程中电机需要持续运行，因此耗电极高，电源问题难以突破；

3.残疾人肌电采集法的个体差异性较大、控制识别的准确性较差，因此人体生物信息尚未得到大规模的使用。

4.对于地形等其他条件的转变，现有假肢的自适应性比较差，不能够改变转换策略。

5.现有发明并没有考虑到对称性这项评价标准。

6.现有技术并没有对于人体动作的预测机制。

因此本方案提出，基于对称性的智能关节假肢调节机制。

发明内容

本发明目的在于充分利用人体多种信息，包括并不限于物理信息、生理信息、对称信息等，提出了这一种基于对称性的智能关节假肢调节机制。

针对现有技术的不足，本发明提出一种1.一种基于对称性的智能关节假肢调控方法，其中包括：

步骤1、通过传感器获取残肢运动信息，以及与残肢对称的健肢运动信息，根据该残肢运动信息和该健肢运动信息，分别得到残肢运动轨迹和健肢运动轨迹，基于该残肢运动轨迹和该健肢运动轨迹，计算残肢和健肢间的对称性因子；

步骤2、根据健肢上个行走周期对应的健肢运动轨迹，得到残肢目标姿态，根据该残肢运动轨迹计算残肢的当前姿态，通过将该当前姿态与该目标姿态输入控制模型，得到位于残肢的假肢关节电机的控制参数，使用该控制参数调控该假肢的关节运作。

所述的基于对称性的智能关节假肢调控方法，其中该传感器包括惯性传感器和压力传感器，压力传感器用于校准惯性传感器的数据飘移。

所述的基于对称性的智能关节假肢调控方法，其中该控制参数包括该假肢的关节中气缸的阻尼调节和电机的动力调节。

所述的基于对称性的智能关节假肢调控方法，其中以该对称性因子作为损失函数训练神经网络模型，得到该控制模型。