[发明专利]一种髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制系统和方法

权利要求书

1.一种髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制系统，其特征在于，包括RGBD深度相机、姿态传感器、假肢控制板、假肢髋关节角度编码器、假肢髋关节电机驱动器、假肢髋关节驱动电机、假肢膝关节角度编码器、假肢膝关节电机驱动器、假肢膝关节驱动电机、供电电源；所述RGBD深度相机安装在接受腔正前方位置处，接受腔腰带连接件正前方靠近质心位置处内嵌姿态传感器，角度编码器、电机驱动电路内嵌在电机驱动伺服系统内，分别安装在对应的关节，假肢控制板通过CAN协议与髋、膝关节处的电机伺服系统通讯，通过蓝牙与RGBD深度相机及姿态传感器通讯。

2.如权利要求1所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制系统，其特征在于，所述供电电源输出24V电压至假肢髋、膝关节的两组伺服电机，输出5V电压至假肢控制板、RGBD深度相机和姿态传感器。

3.一种髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、前进方向上的局部路况感知；

步骤2、截肢者越障意图感知；

步骤3、假肢髋、膝双关节越障轨迹泛化生成；

步骤4、假肢髋、膝双关节的角度跟踪控制。

4.如权利要求3所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述步骤1，通过RGBD深度相机在人体骨盆处于水平中立位时采集前进方向上的移动场景图像；图像输入到目标检测网络检测视野范围内是否出现障碍物；以及通过机器视觉技术测量前进方向上的障碍物尺寸信息。

5.如权利要求3所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述步骤2，通过监测骨盆运动来推断截肢者的越障意图。

6.如权利要求3所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述步骤2，通过姿态传感器进行测量骨盆在水平面内的旋转运动和平移运动；从骨盆在水平面内的平移量反映的步行速度推断穿戴者是否继续越障；从骨盆在水平面内旋转运动的旋转角度变化情况推断穿戴者抬腿动作是否发生；以及从骨盆在水平面内旋转运动的旋转角度方向的极性推断假肢属于滞后侧或领先侧。

7.如权利要求3所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述步骤3，以健康人为示教专家，通过模仿学习构建健康人越障时髋、膝关节协同转动的轨迹生成模型，输入障碍物尺寸信息、截肢者尺寸信息及截肢者当前运动状态到轨迹生成模型，进而确定假肢髋、膝关节协同越障的关节角度变化轨迹。

8.如权利要求3所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述步骤3，构建示例数据库；从示例数据库中学习越障策略；通过参数微调将越障策略模型迁移到截肢者越障场景；以及检测截肢者当前的骨盆在空间中的位姿状态，结合障碍物及截肢者的身体尺寸参数，生成假肢髋、膝关节的运动轨迹，作为假肢髋、膝关节的主动电机位置跟踪控制器的理想控制输入。

9.如权利要求8所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述示例数据库包括健康受试者的骨盆在空间中的位姿信息，下肢双侧髋、膝关节在矢状面内的角度信息，受试者的身体尺寸参数，障碍物的尺寸参数。

10.如权利要求3所述的髋膝一体化智能假肢辅助越障的控制方法，其特征在于，所述步骤4，通过PD位置跟踪控制器同时进行假肢髋、膝关节的角度跟踪，实现假肢双关节的协同控制。