电动假肢控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种电动假肢控制系统及控制方法。该系统包括：假肢本体、预测识别控制模块、步态控制模块以及驱动控制模块，其中，假肢本体包括至少一个电动关节和至少一种传感器，传感器用于实时采集假肢本体的意图数据、路况数据以及姿态数据；预测识别控制模块用于根据意图数据预测假肢本体的人体运动意图状态，根据路况数据识别假肢本体的路况状态；步态控制模块用于根据人体运动意图状态、路况状态以及姿态数据进行步态控制生成步态控制参数；驱动控制模块，用于根据步态控制参数驱动控制假肢本体，以使假肢本体运动。上述技术方案实现了对电动假肢的智能控制，使电动假肢的户外使用成为现实。

Control system and method of electric prosthesis

【技术实现步骤摘要】
电动假肢控制系统及控制方法
本专利技术实施例涉及控制
，尤其涉及一种电动假肢控制系统及控制方法。
技术介绍
数据显示，我国现有的残疾人士中超过30％为肢体残疾者，肢体残缺严重影响着残疾人士的工作与生活。因此，能解决残疾人士行动障碍问题的智能动力假肢正逐渐成为智能机器人领域的研究热点之一。随着机器人技术的发展，智能电动假肢得到了快速地发展，但如何实现对智能电动假肢的控制是亟待解决的问题，也是假肢得到实际应用的关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种电动假肢控制系统及控制方法，以实现对电动假肢的智能控制，使电动假肢的户外使用成为现实。第一方面，本专利技术实施例提供了一种电动假肢控制系统，包括：假肢本体、预测识别控制模块、步态控制模块以及驱动控制模块，其中，所述假肢本体包括至少一个电动关节以及至少一种传感器，所述至少一种传感器用于实时采集所述假肢本体的意图数据、路况数据以及姿态数据；所述预测识别控制模块，用于根据所述假肢本体的意图数据预测所述假肢本体的人体运动意图状态，根据所述假肢本体的路况数据识别所述假肢本体的路况状态；所述步态控制模块，用于根据所述假肢本体的人体运动意图状态、所述假肢本体的路况状态以及所述假肢本体的姿态数据进行步态控制，生成步态控制参数；所述驱动控制模块，用于根据所述步态控制参数驱动控制所述假肢本体的电动关节，以使所述电动关节带动所述假肢本体运动。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种电动假肢控制方法，应用于本专利技术任意实施例提供的电动假肢控制系统中，包括：通过假肢本体包括的至少一种传感器实时采集所述假肢本体的意图数据、路况数据以及姿态数据；通过预测识别控制模块根据所述假肢本体的意图数据预测所述假肢本体的人体运动意图状态，根据所述假肢本体的路况数据识别所述假肢本体的路况状态；通过步态控制模块根据所述假肢本体的人体运动意图状态、所述假肢本体的路况状态以及所述假肢本体的姿态数据进行步态控制，生成步态控制参数；通过驱动控制模块根据所述步态控制参数驱动控制所述假肢本体的电动关节，以使所述电动关节带动所述假肢本体运动。本专利技术实施例中，安装于假肢本体上的至少一种传感器实时采集所述假肢本体的意图数据、路况数据以及姿态数据，预测识别控制模块根据所述假肢本体的意图数据预测所述假肢本体的人体运动意图状态以及根据所述假肢本体的路况数据识别所述假肢本体的路况状态，步态控制模块根据所述假肢本体的人体运动意图状态、所述假肢本体的路况状态以及所述假肢本体的姿态数据进行步态控制生成步态控制参数，驱动控制模块根据所述步态控制参数驱动控制所述假肢本体的电动关节以使所述电动关节带动所述假肢本体运动，进而实现了对电动假肢的智能控制，使电动假肢的户外使用成为现实。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的一种电动假肢控制系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例二提供的一种电动假肢控制系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例三提供的一种电动假肢控制方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例三提供的一种电动假肢控制方法所适用的分层控制系统框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种电动假肢控制系统的结构示意图。本实施例可适用于对电动假肢进行智能控制的情况。如图1所示，本实施例提供的电动假肢控制系统1包括：假肢本体11、预测识别控制模块12、步态控制模块13以及驱动控制模块14，其中，假肢本体11包括至少一个电动关节111(图1中以两个为例示出)以及至少一种传感器112(图1中以一个为例示出)，所述至少一种传感器112用于实时采集假肢本体11的意图数据、路况数据以及姿态数据；预测识别控制模块12，用于根据假肢本体11的意图数据预测假肢本体11的人体运动意图状态，根据假肢本体11的路况数据识别假肢本体11的路况状态；步态控制模块13，用于根据假肢本体11的人体运动意图状态、假肢本体11的路况状态以及假肢本体11的姿态数据进行步态控制，生成步态控制参数；驱动控制模块14，用于根据步态控制参数驱动控制假肢本体11，以使假肢本体11运动。可选的，所述假肢本体至少包括电动膝关节和/或电动踝关节。其中，假肢本体可以是大腿假肢本体，也可以是小腿假肢本体。当假肢本体为大腿假肢本体时，假肢本体可以只包括电动膝关节，也可以既包括电动膝关节，又包括电动踝关节；当假肢本体为小腿假肢本体时，假肢本体可以包括电动踝关节。具体的，假肢本体包括的电动关节是可主动控制的，即所述假肢本体是可以通过控制电机进行假肢控制的动力假肢，电动关节可以是单自由度或者多自由度的任意动力关节。图1所示的是以大腿假肢本体为实例的电动假肢控制系统，但本实施例提供的电动假肢控制系统也适用于小腿假肢本体。至少一种传感器，安装于假肢本体上，可以用于实时采集假肢本体的意图数据。其中，所述假肢本体的意图数据，指的是用于识别佩戴所述假肢本体的用户人体意图的数据。可选的，用于采集假肢本体的意图数据的传感器包括肌电传感器和惯性传感器，进而预测识别控制模块可以根据肌电传感器和惯性传感器实时采集的数据进行人体意图预测判别。其中，肌电传感器为一般为表面肌电传感器，表面肌电传感器和惯性传感器主要安装于假肢接受腔内，表面肌电传感器具体可以贴敷在用户的残肢肌肉上。预测识别控制模块与肌电传感器和惯性传感器可以共同实现电动假肢控制系统的人体意图预测功能，人体意图预测功能通过人体意图识别来完成对假肢本体的自动控制。具体的，预测识别控制模块可以根据肌电传感器和惯性传感器实时采集的意图数据，基于传感器融合算法判定出人体运动意图状态，例如是平地前进、平地后退、平地转身、上坡、下坡、上楼、下楼等等。安装于假肢本体上的至少一种传感器，还可以用于实时采集假肢本体的路况数据。其中，所述假肢本体的路况数据，指的是所述假肢本体所处环境中的路况，例如是平地、坡道、楼梯等等。可选的，用于采集假肢本体的路况数据的传感器包括图像传感器和惯性传感器，进而预测识别控制模块可以根据图像传感器和惯性传感器实时采集的数据进行路况状态识别。其中，图像传感器用于实时采集假肢本体前方的图像，具体可以是照相机、摄影机等。预测识别控制模块与图像传感器和惯性传感器可以共同实现电动假肢控制系统的路况识别功能。具体的，预测识别控制模块可以根据图像传感器和惯性传感器实时采集的路况数据识别假肢本体的路况状态，可选的，预测识别控制模块可以根据图像传感器和惯性传感器实时采集的路况数据确定假肢本体的路况状态，并根据确定的路况状态选择出假肢本体的运动模式，以使步态控制模块可以基于假肢本体的运动模式进行步态控制。安装于假肢本体上的至少一种传感器，还可以用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动假肢控制系统，其特征在于，包括：假肢本体、预测识别控制模块、步态控制模块以及驱动控制模块，其中，/n所述假肢本体包括至少一个电动关节以及至少一种传感器，所述至少一种传感器用于实时采集所述假肢本体的意图数据、路况数据以及姿态数据；/n所述预测识别控制模块，用于根据所述假肢本体的意图数据预测所述假肢本体的人体运动意图状态，根据所述假肢本体的路况数据识别所述假肢本体的路况状态；/n所述步态控制模块，用于根据所述假肢本体的人体运动意图状态、所述假肢本体的路况状态以及所述假肢本体的姿态数据进行步态控制，生成步态控制参数；/n所述驱动控制模块，用于根据所述步态控制参数驱动控制所述假肢本体的电动关节，以使所述电动关节带动所述假肢本体运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种电动假肢控制系统，其特征在于，包括：假肢本体、预测识别控制模块、步态控制模块以及驱动控制模块，其中，
所述假肢本体包括至少一个电动关节以及至少一种传感器，所述至少一种传感器用于实时采集所述假肢本体的意图数据、路况数据以及姿态数据；
所述预测识别控制模块，用于根据所述假肢本体的意图数据预测所述假肢本体的人体运动意图状态，根据所述假肢本体的路况数据识别所述假肢本体的路况状态；
所述步态控制模块，用于根据所述假肢本体的人体运动意图状态、所述假肢本体的路况状态以及所述假肢本体的姿态数据进行步态控制，生成步态控制参数；
所述驱动控制模块，用于根据所述步态控制参数驱动控制所述假肢本体的电动关节，以使所述电动关节带动所述假肢本体运动。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括肌电传感器和惯性传感器，所述肌电传感器和惯性传感器用于采集所述假肢本体的意图数据。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括图像传感器和惯性传感器，所述图像传感器和惯性传感器用于采集所述假肢本体的路况数据。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括力传感器、关节位置传感器以及惯性传感器，所述力传感器、关节位置传感器以及惯性传感器用于采集所述假肢本体姿态数据。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述关节位置传感器至少包括下述之一：
编码器；
旋转角度传感器；
编码器和惯性传感器；
旋转角度传感器和惯性传感器；
编码器、旋转角度传感器和惯性传感器。


6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述力传感器至少包括下述之一：
薄膜式压力传感器、单轴拉压力传感器、多轴力传感器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：付成龙，张稳，肖文涛，刘海原，冷雨泉，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44