[发明专利]一种可穿戴式单源仿生动力膝关节系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种可穿戴式单源仿生动力膝关节系统及其控制方法。本发明采用大腿力传感器和小腿力传感器采集使用者与仿生动力膝关节之间的交互力，大腿角度传感器和小腿角度传感器采集仿生动力膝关节的位置信息，分别传输至智能控制单元；根据交互力信息和位置信息，并通过雅可比变换，生成期望跟踪速度，再通过比例积分微分PID控制，得到电机的输入电流命令，传送给电机，电机通过大腿传动连杆和小腿传动连杆控制仿生动力膝关节仿生动力膝关节运动，从而对仿生动力膝关节反馈控制，实现仿生动力膝关节能够根据使用者的运动意图快速、灵活、平滑跟从使用者的膝关节运动，对使用者实时提供辅助力支持。

主权项

1.一种可穿戴式单源仿生动力膝关节系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：1)在大腿连接绷带与大腿传动连杆之间设置大腿力传感器和大腿角度传感器，并连接至智能控制单元，以及在小腿连接绷带与小腿传动连杆之间设置小腿力传感器和小腿角度传感器，并连接至智能控制单元，智能控制单元连接至电机，电机连接至大腿传动连杆和小腿传动连杆，并分别通过大腿连接绷带和小腿连接绷带将仿生动力膝关节绑缚在使用者的大腿和小腿上，并保证仿生动力膝关节的回转运动与使用者的膝关节的回转运动相对吻合；2)可穿戴式单源仿生动力膝关节系统通电后，通过自动校正零点的方式，使得仿生动力膝关节和力传感器归零；3)大腿力传感器和小腿力传感器采集使用者与仿生动力膝关节之间的交互力信息，大腿角度传感器和小腿角度传感器采集仿生动力膝关节的位置信息，并传输至智能控制单元；4)智能控制单元通过交互力信息和位置信息，提取力矢量特种参数，通过模式识别推断使用者的运动意图；5)智能控制单元通过交互力信息和位置信息，并通过雅可比变换，生成仿生动力膝关节的期望跟踪速度；6)智能控制单元根据生成的仿生动力膝关节的期望跟踪速度，通过比例积分微分PID控制得到电机的输入电流命令，传送给电机，电机通过大腿传动连杆和小腿传动连杆控制仿生动力膝关节运动，从而对仿生动力膝关节反馈控制；7)重复步骤3)～6)，实现仿生动力膝关节根据使用者的运动意图快速跟随使用者的膝关节运动，对使用者实时提供辅助力支持。