电动假肢系统和电动假肢控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动假肢系统和电动假肢控制方法，系统包括：底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，所述底层控制模块用于控制所述本体，所述中层控制模块用于估计假肢姿态，并根据所述高层控制模块的意图决策和路况信息，输出步态控制信号，所述高层控制模块用于意图预测和路况识别。本发明专利技术通过将控制系统划分为底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，使得电动假肢可针对不同的任务进行分时、分层处理，有益于控制系统的高效部署。

【技术实现步骤摘要】
电动假肢系统和电动假肢控制方法
本专利技术涉及假肢，尤其是涉及一种电动假肢系统和电动假肢控制方法。
技术介绍
肢体残缺十分影响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机器人领域的研究热点之一。随着机器人技术的发展，智能化的电动假肢得到快速发展。电动假肢的控制是假肢得到实际应用的关键问题之一，然而现行的电动假肢，主控模块性能较低、无法承载过多功能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电动假肢系统，能够将假肢的各类处理需求分层、分时处理，分散了单一处理器的计算负担，针对不同任务分层、分时处理，有益于系统的高效部署。本专利技术还提出电动假肢控制方法。第一方面，本专利技术的一个实施例提供了一种电动假肢系统，包括：本体、采集模块、底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，所述采集模块的输出端分别连接所述高层控制模块的输入端、所述中层控制模块的输入端和所述底层控制单元的输入端，所述高层控制模块的输出端连接所述中层控制模块的输入端，所述中层控制模块的输出端连接所述底层控制模块的输入端，所述底层控制模块的输出端连接所述假肢本体的输入端；所述采集模块用于采集所述底层控制模块、所述中层控制模块和所述高层控制模块所需信息，所述底层控制模块用于控制所述本体，所述中层控制模块用于估计假肢姿态，并根据所述高层控制模块的意图决策和路况信息，输出步态控制信号，所述高层控制模块用于意图预测和路况识别。进一步地，所述本体包括电动关节，所述电动关节包括所述电动关节及连接结构件，包括踝关节和/或膝关节。进一步地，所述高层控制模块包括处理器，用于路况识别和意图预测。进一步地，所述中层控制模块包括处理器，用于步态控制。进一步地，底层控制模块包括驱动器和电机，所述驱动器的输入端连接所述中层控制模块的输出端，所述驱动电机的输出端连接所述电机的输入端，所述电机的输入端连接所述本体的输入端。进一步地，所述采集模块包括以下一种或多种：位置传感器单元、力传感器单元、惯性传感器单元、肌电传感器单元、相机单元。本专利技术还提出了一种电动假肢控制方法，包括：设置底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，所述底层控制模块用于控制假肢本体，所述中层控制模块用于估计假肢姿态，并根据所述高层控制模块的意图决策和路况信息，输出步态控制信号，所述高层控制模块用于意图预测和路况识别。本专利技术实施例的一种电动假肢系统至少具有如下有益效果：通过将控制系统划分为底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，使得电动假肢可针对不同的任务进行分时、分层处理，有益于控制系统的高效部署。附图说明图1是本专利技术实施例中一种电动假肢系统的一具体实施例模块框图；图2是本专利技术实施例中一种电动假肢系统的一具体实施例使用状态示意图。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本专利技术实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。参照图1，示出了本专利技术实施例中一种电动假肢系统的一具体实施例模块框图。包括：本体、采集模块、底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，所述采集模块的输出端分别连接所述高层控制模块的输入端、所述中层控制模块的输入端和所述底层控制单元的输入端，所述高层控制模块的输出端连接所述中层控制模块的输入端，所述中层控制模块的输出端连接所述底层控制模块的输入端，所述底层控制模块的输出端连接所述假肢本体的输入端；所述采集模块用于采集所述底层控制模块、所述中层控制模块和所述高层控制模块所需信息，所述底层控制模块用于控制所述本体，所述中层控制模块用于估计假肢姿态，并根据所述高层控制模块的意图决策和路况信息，输出步态控制信号，所述高层控制模块用于意图预测和路况识别。本实施例将电动假肢需处理任务根据对处理器的性能要求划分，将需要复杂计算、大计算量的任务通过高层控制模块实现，对本体电机控制的简单任务通过底层控制模块实现，其余任务通过中层控制模块实现，以实现对不同任务需求的分层、分时处理，有益于系统的高效部署，使得系统的响应速度更快，性能更高，能够承载更为复杂的处理任务。在另一个实施例中，本体包括电动关节，所述电动关节可主动控制，所述电动关节包括踝关节和/或膝关节。底层控制模块包括驱动器和电机，所述驱动器的输入端连接所述中层控制模块的输出端，所述驱动电机的输出端连接所述电机的输入端，所述电机的输入端连接所述本体的输入端。所述底层控制模块包括位置传感器单元、力传感器单元、惯性传感器单元、肌电传感器单元、相机单元。中层控制模块均包括处理器，用于步态控制，高层控制模块一般包括性能较高的处理器，用于运行操作系统、路况识别和意图预测。参照图2，图2为实施例中一种电动假肢系统的一具体实施例使用状态示意图，包括接：本体受腔1(本体)、电动膝关节2、小腿3(本体)、电动踝关节4、脚套5(本体)、脚板6(本体)、肌电传感器7、惯性传感器8、膝关节位置传感器9、相机10、膝关节驱动器11、中层控制模块12、高层控制模块13、传感器采集卡14、踝关节驱动器15、踝关节位置传感器16和力传感器17。采集模块主要包括惯性传感器8、膝关节位置传感器9、踝关节位置传感器16、力传感器17。其中，力传感器安装于踝关节下端，用于测量假肢与地面交互力。惯性传感器8可安装于假肢大腿上或小腿上。膝关节位置传感器9、踝关节位置传感器16安装于膝关节和踝关节处，用于测量关节角度或速度信息。肌电传感器7安装于假肢残肢端肌肉表面，惯性传感器8可安装于假肢大腿上或小腿上。相机10一般安装于靠近膝关节的小腿上。肌电传感器7、惯性传感器8和相机10向高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动假肢系统，其特征在于，包括：本体、采集模块、底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，所述采集模块的输出端分别连接所述高层控制模块的输入端、所述中层控制模块的输入端和所述底层控制单元的输入端，所述高层控制模块的输出端连接所述中层控制模块的输入端，所述中层控制模块的输出端连接所述底层控制模块的输入端，所述底层控制模块的输出端连接所述假肢本体的输入端；/n所述采集模块用于采集所述底层控制模块、所述中层控制模块和所述高层控制模块所需信息，/n所述底层控制模块用于控制所述本体，/n所述中层控制模块用于估计假肢姿态，并根据所述高层控制模块的意图决策和路况信息，输出步态控制信号，/n所述高层控制模块用于意图预测和路况识别。/n

【技术特征摘要】
1.一种电动假肢系统，其特征在于，包括：本体、采集模块、底层控制模块、中层控制模块和高层控制模块，所述采集模块的输出端分别连接所述高层控制模块的输入端、所述中层控制模块的输入端和所述底层控制单元的输入端，所述高层控制模块的输出端连接所述中层控制模块的输入端，所述中层控制模块的输出端连接所述底层控制模块的输入端，所述底层控制模块的输出端连接所述假肢本体的输入端；
所述采集模块用于采集所述底层控制模块、所述中层控制模块和所述高层控制模块所需信息，
所述底层控制模块用于控制所述本体，
所述中层控制模块用于估计假肢姿态，并根据所述高层控制模块的意图决策和路况信息，输出步态控制信号，
所述高层控制模块用于意图预测和路况识别。


2.根据权利要求1所述的电动假肢系统，其特征在于，所述本体包括电动关节及连接结构件，所述电动关节包括踝关节和/或膝关节。


3.根据权利要求1所述的电动假肢系统，其特征在于，所述高层...

【专利技术属性】
技术研发人员：付成龙，张稳，肖文涛，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