[发明专利]外骨骼机器人步态规划方法、装置、系统和存储介质

说明书

本申请涉及一种外骨骼机器人步态规划方法、装置、系统和存储介质。所述方法包括：获取人体穿戴外骨骼机器人于当前步行周期内的角度数据；角度数据为位于外骨骼机器人的关节位置的电机编码器输出的；对角度数据进行时域到频域转换，得到频域数据；基于步态拟合函数、步态拟合参数以及频域数据，确定步态规划函数并输出；步态规划函数用于对外骨骼机器人进行步态规划。采用本方法能够有效提高外骨骼机器人运动轨迹与人体步态运动轨迹的匹配度。

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别是涉及一种外骨骼机器人步态规划方法、装置、系统和存储介质。

背景技术

下肢体外骨骼系统是一种人体可穿戴的机器人，通过为人体提供外力支持达到降低人体的负荷，提高人的持久运动能力的目的。在军事、工业及医疗均有广泛的应用场景。在军事及工业方面，下肢负重外骨骼能够帮助人体负重，轻松跋涉各种复杂地形；在康复医疗方面，把外骨骼技术和康复训练结合起来，对偏瘫肢体病人进行康复训练，可以帮助残疾人直立行走等。其中，外骨骼机器人的运动规划既要满足，机器人的空间关节约束，也要满足人体的运动学约束。

在使用外骨骼机器人进行医疗康复或是在助力过程中，需要与人体的步态运动紧密结合在一起，即需要外骨骼机器的运动轨迹与人体的步态运动轨迹有非常高的匹配度。而对于现有的外骨骼机器人步态规划方法，人体的步态数据是通过高速相机对人体行走进行识别，得到人在世界坐标系下的坐标，最终转换成各个关节的角度，而这些关节角度均是离散的坐标点，不可直接下发至电机控制外骨骼运动，否则会造成机器抖动以及无法进行连续的步态运动等问题。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：现有的外骨骼机器人的运动轨迹与人体的步态运动轨迹匹配度较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种外骨骼机器人步态规划方法、装置、系统和存储介质。

一种外骨骼机器人步态规划方法，方法包括：

获取人体穿戴外骨骼机器人于当前步行周期内的角度数据；角度数据为位于外骨骼机器人的关节位置的电机编码器输出的；

对角度数据进行时域到频域转换，得到频域数据；

基于步态拟合函数、步态拟合参数以及频域数据，确定步态规划函数并输出；步态规划函数用于对外骨骼机器人进行步态规划。

在其中一个实施例中，基于步态拟合函数、步态拟合参数以及频域数据，确定步态规划函数并输出的步骤，包括：

基于步态拟合函数、步态拟合参数以及频域数据，依据阶数选取规则选取相应的阶数进行迭代计算，得到步态规划函数并输出；阶数选取规则为依据拟合精度与迭代时间确定。

在其中一个实施例中，基于步态拟合函数、步态拟合参数以及频域数据，确定步态规划函数并输出的步骤，还包括：

采用最小二乘法确定步态拟合参数。

在其中一个实施例中，角度数据包括关节角度随时间的变化数据、关节角度变化速度随时间的变化数据以及关节角度变化的加速度随时间的变化数据；

基于步态拟合函数、步态拟合参数以及频域数据，确定步态规划函数并输出的步骤之后，还包括：

基于步态规划函数，得到周期性步态轨迹曲线；

将周期性步态轨迹曲线上的插补点输出至外骨骼机器人的关节位置的电机以进行位置插补。

在其中一个实施例中，获取人体穿戴外骨骼机器人于当前步行周期内的角度数据的步骤，包括：

采用以下转换模型得到关节角度：