[发明专利]一种刚柔耦合外骨骼机器人运动模式识别方法

权利要求书

1.一种刚柔耦合外骨骼机器人运动模式识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据行走过程中一侧腿部支撑态足底压力曲线实时变化情况，将另一侧腿部摆动态划分为三个区间，分别是摆动态前期T₁、摆动态中期T₂和摆动态后期T₃；所述行走过程包括平地行走、上楼梯和下楼梯；

2)采集行走过程中的足底压力值，判断足底压力值是否小于阈值P₁；采集行走过程中的大腿IMU、髋关节角度和膝关节角度；

3)如果某腿足底压力值小于P₁，则判断该腿运动状态为摆动态，否则判断该腿运动状态为支撑态；

4)根据步骤3)判断运动状态：如果双腿都处于支撑态，则判断当前运动状态为双腿站立动作；如果长时间保持摆动态，则判断当前运动状态为单腿站立动作；如果某腿处于支撑态，另一腿处于摆动态，则判断当前运动状态为交替行走动作，转入步骤5)；否则转入步骤2)；

5)寻找各个特征曲线的峰值时刻；所述各个特征曲线的峰值时刻包括摆动腿大腿IMU的峰值时刻t₁，摆动腿髋关节角度的峰值时刻t₂，和摆动腿膝关节角度的峰值时刻t₃；

6)在不同运动状态下，判断各个特征曲线峰值时刻与摆动态区间T₁、T₂和T₃的位置关系；具体如下：

若左大腿IMU、左髋关节角度的曲线峰值时刻位于T₃区间，且左膝关节角度、左踝关节角度的曲线峰值时刻位于T₂区间，则属于平地行走；

若左大腿IMU、左髋关节角度、左膝关节角度的曲线峰值时刻位于T₃区间，且左踝关节角度的曲线峰值时刻位于T₁区间，则属于上楼梯；

若左大腿IMU、左髋关节角度的曲线峰值时刻位于T₂区间，左膝关节角度的曲线峰值时刻位于T₁区间，且左踝关节角度的曲线峰值时刻位于T₃区间，则属于下楼梯；

7)根据步骤6)中的位置关系，确定交替行走状态下的运动模式；交替行走动作运动模式包括平地行走、上楼梯、下楼梯；

8)利用有限状态机对识别结果进行纠错，然后返回步骤2)继续采集数据进行运动模式判断。

2.根据权利要求1所述的刚柔耦合外骨骼机器人运动模式识别方法，其特征在于，所述步骤1)中根据行走过程中一侧腿部支撑态足底压力曲线变化情况，将另一侧腿部摆动态划分为三个区间，分别是摆动态前期T₁、摆动态中期T₂和摆动态后期T₃，具体如下：

根据行走过程中一侧腿部支撑态足底压力曲线的变化率来将另一侧腿部摆动态划分为三个区间。

3.根据权利要求1所述的刚柔耦合外骨骼机器人运动模式识别方法，其特征在于，所述步骤2)中行走过程中的大腿IMU、髋关节角度和膝关节角度通过设置在大腿、小腿和足底的IMU传感器采集获得。

4.根据权利要求1所述的刚柔耦合外骨骼机器人运动模式识别方法，其特征在于，所述步骤7)中确定交替行走状态下的运动模式，具体如下：

根据步骤6)中的位置关系和事先标定的数据，利用支持向量机算法将运动模式分为3类，建立交替行走动作运动模型。

5.根据权利要求1所述的刚柔耦合外骨骼机器人运动模式识别方法，其特征在于，所述步骤8)中利用有限状态机对识别结果进行纠错是根据人体运动模式之间的切换存在的限制，通过有效的限制状态间的转移纠正错误结果。