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CN110251372A - 基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法 - Google Patents

基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法 Download PDF

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CN110251372A CN201910709638.5A CN201910709638A CN110251372A CN 110251372 A CN110251372 A CN 110251372A CN 201910709638 A CN201910709638 A CN 201910709638A CN 110251372 A CN110251372 A CN 110251372A
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郑天骄
董千硕
赵思恺
赵杰
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Abstract

基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，它涉及助行外骨骼步态调节方法，它包括穿戴下肢助行外骨骼机器人并使用智能拐杖支撑身体；行走时，拐杖底部触地开关闭合，发送角度数据给外骨骼机器人；外骨骼机器人接收到拐杖发出的角度数据，调整步幅；闭合行走模式的手控开关，外骨骼机器人向前迈步；双拐交替摆动，完成行走；行走模式、站立模式和坐姿模式转换。本发明提高了外骨骼的实用性与易用性，可按照使用者意愿调节助行外骨骼的步态。

Description

基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法
技术领域
本发明涉及助行外骨骼步态调节方法，具体涉及利用智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法。
背景技术
我国有上千万由于脑卒中、脑中风、脊髓损伤、骨外伤等原因导致截瘫或偏瘫等下肢功能丧失的患者，同时不断增长的大量下肢功能减弱的老龄人口。针对这两大类人群，采用可穿戴式外骨骼机器人技术作为下肢失能人群重新站立、辅助行走的解决途径。而由于下肢瘫痪患者的腿部力量相比正常人较弱，多数助行外骨骼使用者需要使用拐杖支撑身体，增加平稳性。使用的拐杖多为普通的医疗拐杖，无法提高外骨骼的实用性与易用性，无法按照使用者意愿调节助行外骨骼的步态。
发明内容
本发明为克服现有技术不足，提供一种基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，该方法提高了外骨骼的实用性与易用性，可按照使用者意愿调节助行外骨骼的步态。
本发明的技术方案是：
基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，它包括
(1)穿戴下肢助行外骨骼机器人并使用智能拐杖支撑身体；
(2)要进行行走时，将一根拐杖向前摆动，待拐杖触地后，拐杖底部触地开关闭合，发送角度数据给外骨骼机器人；
(3)外骨骼机器人接收到拐杖发出的角度数据，调整步幅；
(4)闭合行走模式的手控开关，外骨骼机器人向前迈步；
(5)双拐交替摆动，重复(2)-(4)步骤，完成行走；
(6)要停止行走，恢复站立模式时，闭合右拐的站立模式的手控开关，外骨骼机器人从行走模式变为站立模式；
(7)想要将外骨骼机器人从站立模式变为坐姿模式时，外骨骼机器人处于站立模式，闭合坐姿模式手控开关，外骨骼机器人从站立模式变为坐姿模式；
(8)想要将外骨骼机器人从坐姿模式变为站立模式时，外骨骼机器人处于坐姿模式，闭合左拐的站立模式手控开关，外骨骼机器人从坐姿模式变为站立模式。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、将用于辅助支撑的拐杖智能化，用来控制使用者穿戴的外骨骼机器人，用于外骨骼系统的外部操控，提高外骨骼的实用性与易用性。
2、在穿戴外骨骼进行行走时，使用者能够按照自己的意愿来调节外骨骼的步态而不是遵循设定好的步态。
3、在穿戴外骨骼时，使用者可以通过智能拐杖上的控制开关来改变外骨骼的模式状态，模式状态为“走”“坐”等常用姿态。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明；
附图说明
图1是智能拐杖整体结构图；图2是智能拐杖与外骨骼的WiFi通讯图；图3是智能拐杖采集并发送最大角度的流程图；图4是使用智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法流程图。
具体实施方式
参见图1-图4所示，基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，它包括：
(1)穿戴下肢助行外骨骼机器人并使用智能拐杖支撑身体；
(2)要进行行走时，将一根拐杖向前摆动，待拐杖触地后，拐杖底部触地开关闭合，发送角度数据给外骨骼机器人；
(3)外骨骼机器人接收到拐杖发出的角度数据，调整步幅；
(4)闭合行走模式的手控开关，外骨骼机器人向前迈步；
(5)双拐交替摆动，重复(2)-(4)步骤，完成行走；
(6)要停止行走，恢复站立模式时，闭合右拐的站立模式的手控开关，外骨骼机器人从行走模式变为站立模式；
(7)想要将外骨骼机器人从站立模式变为坐姿模式时，外骨骼机器人处于站立模式，闭合坐姿模式手控开关，外骨骼机器人从站立模式变为坐姿模式；
(8)想要将外骨骼机器人从坐姿模式变为站立模式时，外骨骼机器人处于坐姿模式，闭合左拐的站立模式手控开关，外骨骼机器人从坐姿模式变为站立模式。
图1是智能拐杖整体结构图，智能拐杖分为四个部分：拐杖整体部分I，手控开关部分II，位姿检测模块部分III，触地开关部分IV。
拐杖整体部分I为普通的医疗拐杖，能过支撑身体、辅助行走；手控开关部分II使用船型双向自复位开关，左拐的按钮对应“坐姿模式”和“起立的站立模式”，右拐的按钮对应“行走模式”和“停止的站立模式”；位姿检测模块部分III使用惯性测量单元去测量智能拐杖在使用中的角度变化，输出测量的智能拐杖在使用时的前倾摆角，拐杖的所有电路都集成在一起，触地开关、手控开关、WiFi模块和电源接在位姿检测模块部分III中；触地开关部分IV使用自复位的金属按钮开关安装在拐杖的脚垫内部，开关部分在拐杖的底部，与地面直接接触，在使用拐杖支撑身体辅助行走时，每当拐杖接触地面时，触地开关闭合，拐杖处于触地状态。
如图2所示，在使用智能拐杖时，智能拐杖的位姿检测模块采集到拐杖的角度信息，在触地开关闭合时，拐杖通过WiFi发送模块将采集到的角度信息以WiFi信号的形式发送出去，另一端的PC机和外骨骼机器人通过WiFi接收模块将发送的角度信息接收并处理。
如图3所示，在使用智能拐杖进行辅助行走时，拐杖由触地状态变为摆动状态，此时触地开关由闭合变为断开，此时拐杖的位姿检测模块采集拐杖的角度，并比较数值的大小，存储最大的角度值；在拐杖由摆动状态变为触地状态时，触地开关由断开变为闭合，通过WiFi模块将存储的最大角度值发送给外骨骼并将存储的数据清零，以便存储之后的角度值。
更进一步地，如图4所示，在使用智能拐杖进行辅助行走时，执行如图2所示的流程，采集并发送最大角度，完成“使用拐杖采集数据”和“拐杖触地发送数据”的动作，外骨骼通过WiFi接收到拐杖发出的最大角度数据，将数据换算成单位为度的角度值，为外骨骼接收到的角度值划定合理的角度区间，并将区间分为三个部分，对应“小步幅”、“正常步幅”和“大步幅”三种步幅。对采集到的角度进行处理，根据符合的角度区间确定步幅种类。外骨骼在行走模式或站立模式时按动右拐的手控开关的“行走模式”档位，外骨骼根据已经调节的步幅完成一步行走。在行走时，外骨骼的双足交替迈步，左右两根拐杖交替使用，如同走路与摆臂，交替行进。如下步态调节硬件配置表。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，其特征在于：它包括
(1)穿戴下肢助行外骨骼机器人并使用智能拐杖支撑身体；
(2)要进行行走时，将一根拐杖向前摆动，待拐杖触地后，拐杖底部触地开关闭合，发送角度数据给外骨骼机器人；
(3)外骨骼机器人接收到拐杖发出的角度数据，调整步幅；
(4)闭合行走模式的手控开关，外骨骼机器人向前迈步；
(5)双拐交替摆动，重复(2)-(4)步骤，完成行走；
(6)要停止行走，恢复站立模式时，闭合右拐的站立模式的手控开关，外骨骼机器人从行走模式变为站立模式；
(7)想要将外骨骼机器人从站立模式变为坐姿模式时，外骨骼机器人处于站立模式，闭合坐姿模式手控开关，外骨骼机器人从站立模式变为坐姿模式；
(8)想要将外骨骼机器人从坐姿模式变为站立模式时，外骨骼机器人处于坐姿模式，闭合左拐的站立模式手控开关，外骨骼机器人从坐姿模式变为站立模式。
2.根据权利要求1所述基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，其特征在于：所述智能拐杖包括拐杖整体部分I、手控开关部分II、位姿检测模块部分III和触地开关部分IV；
拐杖整体部分I为医疗拐杖；手控开关部分II使用船型双向自复位开关，左拐的按钮对应“坐姿模式”和“起立的站立模式”，右拐的按钮对应“行走模式”和“停止的站立模式”；位姿检测模块部分III使用惯性测量单元去测量智能拐杖在使用中的角度变化，输出测量的智能拐杖在使用时的前倾摆角，拐杖的所有电路都集成在一起，触地开关、手控开关、WiFi模块和电源接在位姿检测模块部分III中；触地开关部分IV使用自复位的金属按钮开关安装在拐杖的脚垫内部，开关部分在拐杖的底部，与地面直接接触，在使用拐杖支撑身体辅助行走时，每当拐杖接触地面时，触地开关闭合，拐杖处于触地状态。
3.根据权利要求2所述基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，其特征在于：智能拐杖的位姿检测模块采集到拐杖的角度信息，在触地开关闭合时，拐杖通过WiFi发送模块将采集到的角度信息以WiFi信号的形式发送出去，另一端的PC机和外骨骼机器人通过WiFi接收模块将发送的角度信息接收并处理。
4.根据权利要求3所述基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，其特征在于：拐杖由触地状态变为摆动状态，此时触地开关由闭合变为断开，拐杖的位姿检测模块采集拐杖的角度，并比较数值的大小，存储最大的角度值；拐杖由摆动状态变为触地状态时，触地开关由断开变为闭合，通过WiFi模块将存储的最大角度值发送给外骨骼并将存储的数据清零，以存储之后的角度值。
5.根据权利要求4所述基于智能拐杖的助行外骨骼步态调节方法，其特征在于：使用智能拐杖进行辅助行走时，位姿检测模块采集并发送最大角度，完成“使用拐杖采集数据”和“拐杖触地发送数据”的动作，外骨骼通过WiFi接收到拐杖发出的最大角度数据，将数据换算成单位为度的角度值，为外骨骼接收到的角度值划定合理的角度区间，并将区间分为三个部分，对应“小步幅”、“正常步幅”和“大步幅”三种步幅，对采集到的角度进行处理，根据符合的角度区间确定步幅种类，外骨骼在行走模式或站立模式时按动右拐的手控开关的“行走模式”档位，外骨骼根据已经调节的步幅完成一步行走，在行走时，外骨骼的双足交替迈步，左右两根拐杖交替使用。
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