[发明专利]下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备

说明书

本申请公开了一种下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备。本申请的下肢外骨骼步态规划方法，包括：获取下肢位姿信息、下肢形态信息；根据下肢位姿信息、下肢形态信息得到第一运动力学模型；根据第一运动力学模型、运动速度、运动周期、优化约束条件、优化目标函数对贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据贝塞尔曲线参数最优解得到步态集；根据运动速度、运动周期、步态集得到步态库；根据健侧运动参数对步态库进行步态调用处理得到患侧步态集。本申请通过预先建立离线的步态库，下肢外骨骼机器人可以依据患者健侧运动参数对步态集进行快速调用，以实时规划对应速度、对应周期下的患侧下肢运动轨迹。

技术领域

本申请涉及医疗辅助器械领域，尤其涉及一种下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备。

背景技术

相关技术中，通过下肢外骨骼机器人对中风患者进行下肢康复训练，以使中风患者养成正确的行走模式。

然而，一般的下肢外骨骼辅助方法只按照固定的轨迹进行辅助，无法做到实时修正，智能化辅助，且只对部分关节的轨迹进行单独规划，无法做到髋膝踝三关节联合运动。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备，通过预先建立离线的步态库，下肢外骨骼机器人可以依据患者健侧运动参数对步态集进行快速调用，以实时规划对应速度、对应周期下的患侧下肢运动轨迹，从而为患者下肢康复训练提供智能辅助。

本申请实施例第一方面提供一种下肢外骨骼步态规划方法，包括：获取下肢位姿信息、下肢形态信息；根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型；对运动速度、运动周期、贝塞尔曲线初始参数、优化约束条件进行预设定；根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集；根据所述运动速度、所述运动周期、所述步态集得到步态库；根据健侧运动参数对所述步态库进行步态调用处理得到患侧步态集。

本申请实施例中下肢外骨骼步态规划方法包括如下技术效果：通过预先建立离线的步态库，下肢外骨骼机器人可以依据患者健侧运动参数对步态集进行快速调用，以实时规划对应速度、对应周期下的患侧下肢运动轨迹。

在一些实施例中，所述获取下肢位姿信息、下肢形态信息，包括：获取身高信息、体重信息、腿部长度信息；根据所述身高信息、所述腿部长度信息得到所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息。

在一些实施例中，所述第一运动力学模型包括第一规划方程、第二规划方程；所述根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型，还包括：根据所述下肢位姿信息得到关节角度；根据所述关节角度、惯性矩阵、加速度参数、驱动分配矩阵、雅克比矩阵、所述系统受力值得到第一规划方程；根据所述关节角度导数、所述优化目标函数得到第二规划方程。

在一些实施例中，所述优化约束条件包括步速、步长、下肢抬高值，所述根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集，还包括：

根据所述步速、所述步长、所述下肢抬高值对所述第一规划方程、所述第二规划方程进行求解得到所述系统状态参数；根据所述运动速度、所述运动周期、所述优化目标函数、所述系统状态参数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解；根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到关节角度解，根据所述关节角度解、与所述关节角度解对应的速度、周期得到所述步态集。

在一些实施例中，所述根据所述运动速度、所述运动周期、所述步态集得到步态库，还包括：对所述运动周期进行划分得到至少两个运动子周期，对所述运动速度划分得到至少两个运动子速度；对所述运动子周期、所述运动子速度、所述步态集进行映射关系建立并得到所述步态库。