一种髋关节外骨骼设备的助力方法、装置及设备与流程

本技术涉及人体外骨骼行走助力，特别涉及一种髋关节外骨骼设备的助力方法、装置及设备。

背景技术：

1、随着科技的不断进步，外骨骼技术已经逐渐成为一种重要的辅助技术，尤其在医疗康复、老年人辅助、野外探索等场景下，外骨骼设备有着广泛的应用前景，外骨骼设备通过模仿人体的运动方式，提供增强的力量、稳定性和灵活性，从而提高穿戴者的运动能力。但是在一些特定的人群中，如老年人、残疾人、腿部行动不便者，由于其动作特性与一般正常人/年轻人有所不同，对于外骨骼设备助力的要求也有所不同，如何在辅助在正常行走模式例如正常人/年轻人行走之外，设计一套低速行走模式的助力方案，以满足慢速走路的人/老年人/残疾人/腿脚不便者的需求，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种髋关节外骨骼设备的助力方法、装置及设备。用于解决现有如何在辅助在正常行走模式例如正常人/年轻人行走之外，设计一套低速行走模式的稳定助力方案的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种髋关节外骨骼设备的助力方法，所述方法包括：

3、实时采样髋关节外骨骼两侧编码器的数据，根据所述数据生成映射步态相位变化的步态曲线，所述数据包括角度和速度；

4、在进入高位步态相位后，判断两侧编码器的角度差值和/或速度是否符合延长相位时间的条件，所述高位步态相位表征任一侧腿部抬升到最高点位的状态；

5、若符合延长相位时间的条件，延长当前安全时间阈值的时长；

6、在未进入到下一步态相位前，若进入高位步态相位的时长未超过当前安全时间阈值，根据所述步态曲线确定所述驱动髋关节外骨骼设备的第一助力。

7、本技术实施例提供的上述髋关节外骨骼设备的助力方法，根据髋关节外骨骼两侧编码器的角度差值和/或速度，判定是否符合延长相位时间的条件，若符合则延长安全时间阈值的时长，解决了使用者在低速状态时由于动作过慢，停留时间过长超过了安全时间阈值而导致助力被切断，无法连续助力的问题，使得在低速行走模式下即使是老年人/腿脚不方便者也可以得到连续稳定的助力。

8、在一些可能的实施例中，所述下一步态相位为下放方向中位步态相位，所述下放方向中位步态相位表征任一侧腿部下放到设定点位的状态，所述设定点位低于所述最高点位。

9、本技术通过定义在完整步态相位中腿部抬起或放下到不同点位对应的相位，从而可以区分腿部抬到不同为止时对应的各个步态相位。

10、在一些可能的实施例中，所述确定符合延长相位时间的条件，包括如下至少一个步骤：

11、若所述两侧编码器的角度差值绝对值，大于所述高位步态相位对应的角度差值绝对值，确定所述两侧编码器的角度差值符合延长相位时间的条件；

12、若其中一侧编码器的速度超过设定的限制速度，确定所述两侧编码器的速度符合延长相位时间的条件。

13、相关技术中通过编码器数据的变化值来判定是否进入高位步态相位，对于低速行走模式的特殊人群，可能错判提前进入高位步态相位，本技术实施例中在进入高位步态相位后，监测到两侧编码器的角度差值变大时，说明还在持续抬腿，因此可以通过角度差值的变化判定是否符合延长相位时间的条件；或者也可以通过编码器的速度，若其中一侧编码器的速度超过设定的限制速度，说明行走还在持续，因此判定符合延长相位时间的条件。

14、在一些可能的实施例中，所述延长当前安全时间阈值的时长，包括：

15、若所述两侧编码器的角度差值符合延长相位时间的条件，按照第一延时方式延长当前安全时间阈值的时长；

16、若所述两侧编码器的速度符合延长相位时间的条件，按照第二延时方式延长当前安全时间阈值的时长。

17、本技术实施例提供的髋关节外骨骼设备的助力方法，可以单独通过角度差值进行是否符合延长相位时间的条件的判定，可以单独通过编码器的速度进行是否符合延长相位时间的条件的判定，也可以结合上述两个数据进行是否符合延长相位时间的条件的判定，在结合实施时，任一数据符合延长相位时间的条件，则可以按照对应的延时方式延长当前安全时间阈值的时长，若两个数据均符合延长相位时间的条件，则可以按照相应的顺序，如先按照第一延时方式再按照第二延时方式延长当前安全时间阈值的时长，或者先按照第一延时方式再按照第二延时方式延长当前安全时间阈值的时长。

18、在一些可能的实施例中，所述延长当前安全时间阈值的时长，包括：

19、若所述两侧编码器的角度差值符合延长相位时间的条件，获取记录的进入高位步态相位的时长及当前安全时间阈值的时长；

20、根据所述进入高位步态相位的时长，延长当前安全时间阈值的时长，并将进入步态相位的时长重置为零后重新开始记录；

21、将所述高位步态相位对应的角度差值，更新为所述当前两侧编码器的角度差值。

22、本技术实施例每采样一次编码器的数据，根据角度差值确定符合延长相位时间的条件时，在当前安全时间阈值的基础上，结合进入高位步态相位的时长对当前安全时间阈值延时，并更新高位步态相位对应的角度差值，相当于更新了进入高位步态相位的时间，为此会重新对进入高位步态相位的时长进行计时，以在下一次采样时刻正确判定是否符合延长相位时间的条件。

23、在一些可能的实施例中，所述根据所述进入高位步态相位的时长，延长当前安全时间阈值的时长，包括：

24、根据预先设置的增益系数及所述进入高位步态相位的时长，确定第一延时调整值；

25、按照所述第一延时调整值，延长当前安全时间阈值的时长。

26、本技术实施可以预先设置增益系数，从而可以根据用户的需求对安全时间阈值的第一延时调整值进行调整，满足低速行走模式下不同用户的需求。

27、所述延长当前安全时间阈值的时长，包括：

28、若所述两侧编码器的速度符合延长相位时间的条件，确定第一编码器的速度，所述第一编码器为速度超过限制速度的编码器；

29、根据预先设置的速度与延时调整值的关系，确定所述第一编码器的速度对应的第二延时调整值；

30、按照所述第二延时调整值，延长当前安全时间阈值的时长。

31、本技术实施例中的第二延时调整值与速度相关，从而可以根据速度进行安全时间阈值的延时调整。

32、在一些可能的实施例中，所述确定所述第一编码器的速度对应的第二延时调整值，包括：

33、根据速度与延时系数的函数关系，确定所述第一编码器的速度对应的延时系数，其中速度越大对应的延时系数越接近于1；

34、根据预设的最大延时时长及确定的延时系数，确定所述第一编码器的速度对应的第二延时调整值。

35、本技术实施例中在编码器的速度超过限制速度，速度越大对应的延时系数越接近于1，因此不会超过的最大延时时长。

36、在一些可能的实施例中，所述根据所述步态曲线确定所述驱动髋关节外骨骼设备的第一助力，包括：

37、获取预先设置的步态助力算法的参数，所述参数包括助力调整值、相位调整值、步态行走占空比；

38、增大所述助力调整值、增大所述相位调整值延迟的相位及增大所述步态行走占空比，得到调整后的参数；

39、根据当前生成的步态曲线确定当前所处步态相位，根据所述当前所处步态相位及所述调整后的参数，利用步态助力算法计算所述驱动髋关节外骨骼设备的第一助力。

40、本技术实施例根据实时生成的步态曲线，在低速行走模式下，对步态助力算法预先设置的参数进行调整，从而得到适合低速行走模式的助力，为适合低速行走人群提供稳定助力。

41、在一些可能的实施例中，所述方法还包括：

42、在未进入到下一步态相位前，若进入高位步态相位的时长超过当前安全时间阈值时，切断所述髋关节外骨骼设备的助力。

43、本技术实施例在行走过程中，如果确定进入高位步态相位的时长超过当前安全时间阈值，说明行走异常并切断髋关节外骨骼设备的助力，从而保证行走安全。

44、在一些可能的实施例中，所述方法还包括：

45、在进入高位步态相位后，确定不符合延长相位时间的条件时，保持当前安全时间阈值的时长不变；

46、在未进入到下一步态相位前，若进入高位步态相位的时长未超过当前安全时间阈值，根据所述步态曲线确定所述驱动髋关节外骨骼设备的第二助力。

47、本技术实施例在进入高位步态相位后，如果判定编码器的数据不符合延长相位时间的条件，维持当前安全时间阈值不变，采用正常行走模式下的助力方式进行助力。

48、在一些可能的实施例中，根据所述步态曲线确定所述驱动髋关节外骨骼设备的第二助力，包括：

49、获取预先设置的步态助力算法的参数，所述参数包括助力调整值、相位调整值、步态行走占空比；

50、根据当前生成的步态曲线确定当前所处步态相位，根据所述当前所处步态相位及所述预先设置的所述参数，利用步态助力算法计算所述驱动髋关节外骨骼设备的第二助力。

51、本技术实施按照预先设置的参数，利用相应的步态助力算法进行助力，从而满足正常行走模式人群的助力要求。

52、在一些可能的实施例中，所述方法还包括：

53、进入高位步态相位时，确定完整步态中所述高位步态相位之前经历的步态相位及不同步态相位经历的时长；

54、根据不同步态相位映射的正弦曲线中相位差值及经历的时长，预估至少一个完整步态用时；

55、根据所述至少一个完整步态用时，确定当前安全时间阈值的时长。

56、本技术实施例在完整步态曲线生成过程中，可以基于之前经历的不同步态相位映射的正弦曲线中相位差值及经历的时长，估计出完整步态相位用时，从而根据完整步态相位用时确定安全时间阈值的时长。

57、在一些可能的实施例中，所述判断两侧编码器的角度差值和/或速度是否符合延长相位时间的条件，包括：

58、根据用户对页面上是否激活低速行走模式选项的操作，和/或步态频率确定是否进入低速稳定行走模式；

59、在低速稳定行走模式下，判断两侧编码器的角度差值和/或速度是否符合延长相位时间的条件。

60、第二方面，本技术实施例提供了一种髋关节外骨骼设备的助力装置，所述装置包括：

61、步态曲线生成模块，用于实时采样髋关节外骨骼两侧编码器的数据，根据所述数据生成映射步态相位变化的步态曲线，所述数据包括角度和速度；

62、相位时间延长判定模块，用于在进入高位步态相位后，判断两侧编码器的角度差值和/或速度是否符合延长相位时间的条件，所述高位步态相位表征任一侧腿部抬升到最高点位的状态；

63、时间安全阈值延长模块，用于若符合延长相位时间的条件，延长当前安全时间阈值的时长；

64、设备助力模块，用于在未进入到下一步态相位前，若进入高位步态相位的时长未超过当前安全时间阈值，根据所述步态曲线确定所述驱动髋关节外骨骼设备的第一助力。

65、第三方面，本技术另一实施例还提供了一种髋关节外骨骼设备的助力设备，包括髋关节外骨骼两侧编码器、控制器、存储器和驱动执行器；其中：

66、所述存储器存储有可被所述控制器执行的指令，所述指令被所述控制器执行，以使所述控制器能够根据所述两侧编码器的数据，执行本技术实施例提供的何一项所述的方法控制所述驱动执行器提供助力。

67、第四方面，本技术另一实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行本技术实施例提供的任一髋关节外骨骼设备的助力方法。

68、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。