[发明专利]一种步行训练机器人行走意图识别方法

说明书

本发明涉及一种步行训练机器人行走意图识别方法，用压力传感器采集用户借助WTR进行多方向步行训练时的多组前臂压力数据，并计算各方向压力数据的均值和标准差；基于均值和标准差对所测数据进行模糊化处理，建立方向意图识别模糊前件的隶属度函数和模糊规则；基于距离型模糊推理进行静态方向意图的预推理及判断；针对识别的静态方向意图引入置信系数并设置阈值，区分方向意图过渡阶段与身体摆动，实现动态方向意图识别；建立速度意图与行走频率之间的线性关系，并基于高斯分布函数将压力传感器测量的信息相融合，提供受试者SIT识别的最佳估计。本发明解决现有方法存在由于用户身体摇摆导致识别精度差，未考虑行走速度的行走意图判断不准确问题。

技术领域

本发明涉及步行训练机器人(Walking Training Robot,WTR)技术领域，具体涉及一种WTR行走意图识别方法。

背景技术

随着老龄化社会的到来，老年人口迅速增加；另外，残疾人数量不断增加，医院和家庭对智能康复设备的需求越来越大，因此世界各国都十分重视康复医疗机器人的研究工作。由于步行对于人的生活质量及健康维持十分重要，因此WTR成为医疗康复机器人中一个重要方面，在下肢功能障碍患者的日常起居与下肢术后康复过程中，WTR可以极大减轻患者与理疗师的负担，提高训练效果与持续时间而被广泛应用。

在WTR执行被动训练任务时，为提高便利性及实现智能化，如何准确识别患者运动方向意图成为重要研究内容，现有的通过手柄操纵、语言交互、姿势识别及生物电信号交互等方法，但存在可操作性及便利性差、信号不确定性大、系统稳定性低、行走意图判断不准确的情况，甚至发生患者跌倒、移动平台拖拽患者等危险情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的不足之处，本发明提出一种考虑步行速度的动态WTR行走意图识别方法，其目的在于解决现有方法存在由于用户身体摇摆导致识别精度差，及未考虑行走速度的行走意图判断不准确问题。

技术方案：

一种步行训练机器人行走意图识别方法，该方法步骤如下：

(1)、用压力传感器采集用户借助WTR进行多方向步行训练时的多组前臂压力数据，并计算各方向压力数据的均值和标准差；

(2)、基于步骤(1)的均值和标准差对所测数据进行模糊化处理，建立方向意图识别模糊前件的隶属度函数和模糊规则；

(3)、基于距离型模糊推理进行静态方向意图的预推理及判断；

(4)、针对步骤(3)识别的静态方向意图引入置信系数并设置阈值，区分方向意图过渡阶段与身体摆动，实现动态方向意图识别；

(5)、建立速度意图与行走频率之间的线性关系，并基于高斯分布函数将压力传感器测量的信息相融合，提供受试者SIT识别的最佳估计。

进一步的，步骤(1)中前臂压力数据是采集的人上臂压力数据，由安装在臂支撑板下的6个压力传感器检测用户朝8个方向行走时，左右前臂的腕部、肘部、及腕部和肘部中间部位对臂支撑板的压力，并求出多次测量数据的均值和标准差。

进一步的，用户借助WTR进行多方向步行训练，设用户为原点，用户站在机器人中的朝向定为90°，8个基本方向向量定义为：B₁＝|1|∠0°，B₂＝|1|∠45°，B₃＝|1|∠90°，B₄＝|1|∠135°，B₅＝|1|∠180°，B₆＝|1|∠225°，B₇＝|1|∠270°，B₈＝|1|∠315°。进一步的，步骤(2)中方向意图识别的模糊规则为：