一种混合智能假肢控制方法和系统与流程

1.本发明涉及一种混合智能假肢控制方法，具体为一种混合智能假肢控制方法和系统，属于假肢控制应用技术领域。


背景技术：

2.对于智能假肢控制系统的模块化划分和设计，很多学者给出了不同的观点。jung-hoon kim等人设计了一种基于磁流变阻尼器的膝上假肢关节，配合传感器，步态跟踪采用pd控制，取得了一定效果，但是这种膝关节采用单轴旋转结构，而且控制器对步态参数估计还存在一定实用化差距。龚思远等设计了一种下肢假肢控制模型，通过matlab的sim power system工具箱进行仿真，并通过simulink下载到基于ti公司的tms320f2812系统里面进行执行，确认了算法的可靠性，但是这种主动型下肢开发平台没有考虑到人机交互系统，在假肢使用者体验上还需要进一步提高。frank sup等人设计了一种主动膝关节和踝关节假肢原型，他们精心设计了假肢结构，设计了负载单元，但是这种假肢采用的是固定的步态规划曲线，对不同步态参数和不同情况下的步态不能做出适应性调整，所以在人机交互方面还可以做进一步工作，而且这种主动型假肢工作时平均功率有几十瓦，对便携式假肢的电池设计也是一个挑战。t.latif等人给出了一种基于表面肌电信号驱动的假肢控制系统模型，并设计了驱动电路，但是这种假肢过于笨重，并且反应缓慢，所以，基于表面肌电信号方法的智能假肢控制系统目前还不成熟，系统速度和可靠性还亟待提高。


技术实现要素：

3.本发明的目的就在于为了解决上述的问题，而提出一种混合智能假肢控制方法和系统。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种混合智能假肢控制方法，包括以下步骤：
5.步骤一：通过假肢检测模块从健康肢体检测到步态信息，并将步态信息传递给步态规划模块；
6.步骤二：通过步态规划模块生成假肢步态，并将假肢步态传递给混合驱动机构；
7.步骤三：通过混合驱动机构驱动假肢执行机构进行运动，完成地面-人-假肢的交互过程。
8.优选的，所述步态信息包括步态参数和步态类别。
9.优选的，所述步态参数信息包括步态的节律、行走长度、抬腿高度信息，行走的路况信息等。
10.优选的，所述步态类别信息包括上楼梯、下楼梯、上坡、下坡、平路、沙地等。
11.一种混合智能假肢控制系统，该系统包括：
12.假肢检测模块，用于从健康肢体检测到步态信息，并将步态信息传递到步态规划模块；
13.步态规划模块，通过神经网络构造步态信息和关键角度之间的非线性映射，用于生成假肢步态，实现具有较强可靠性和适应性的步态规划算法，并将假肢步态信息传递至混合驱动机构；
14.假肢执行机构，接收混合驱动机构的驱动指令，并控制假肢进行运动，采用迭代学习算法跟踪步态规划模块产生的步态曲线，形成人机交互的智能假肢控制系统。
15.优选的，所述假肢检测模块釆用固定在踝关节附近和大腿上的加速度传感器和角速度传感器的输出作为输入，由于受到釆样噪声和震动噪声等影响，需要首先对采集到的数据进行去噪，去掉杂散噪声后进行特征提取，再进行分类，可以得到步态的类别信息。
16.优选的，步态的类别信息代表目前使用者在平路或者上楼梯或者下楼梯的路况情形，去掉噪声的数据，经过积分操作，通过对所得结果进行校正，即可以得到步态的参数信息，例如步速、步长、抬腿高度、转弯角度等。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明的一种混合智能假肢控制方法可以通过感知到被截肢者的运动意图，使用微处理单元控制的假肢实现任意步态、精确的协同被截肢者的另一只健全腿动作，且本发明的系统的有效性和可靠性更高，着眼于提高系统人机交互能力和适应性，使该系统能够适应不同使用者在不同路况和不同行走模式下都能进行自由自然行走。
附图说明
19.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
20.图1为本发明的一种混合智能假肢控制方法工作流程图。
21.图2为本发明的一种混合智能假肢控制系统中的假肢检测模块处理流程图。
具体实施方式
22.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1所示，一种混合智能假肢控制方法，包括以下步骤：
24.步骤一：通过假肢检测模块从健康肢体检测到步态信息，并将步态信息传递给步态规划模块；
25.步骤二：通过步态规划模块生成假肢步态，并将假肢步态传递给混合驱动机构；
26.步骤三：通过混合驱动机构驱动假肢执行机构进行运动，完成地面-人-假肢的交互过程。
27.本发明实施例的一个可选实施方式中，所述步态信息包括步态参数和步态类别。
28.本发明实施例的一个可选实施方式中，所述步态参数信息包括步态的节律、行走长度、抬腿高度信息，行走的路况信息等。
29.本发明实施例的一个可选实施方式中，所述步态类别信息包括上楼梯、下楼梯、上坡、下坡、平路、沙地等。
30.一种混合智能假肢控制系统，该系统包括：
31.假肢检测模块，用于从健康肢体检测到步态信息，并将步态信息传递到步态规划模块；
32.步态规划模块，通过神经网络构造步态信息和关键角度之间的非线性映射，用于生成假肢步态，实现具有较强可靠性和适应性的步态规划算法，并将假肢步态信息传递至混合驱动机构；
33.假肢执行机构，接收混合驱动机构的驱动指令，并控制假肢进行运动，采用迭代学习算法跟踪步态规划模块产生的步态曲线，形成人机交互的智能假肢控制系统，混合智能假肢控制系统采用惯性传感器进行检测，相比肌肉电传感器和脑电传感器而言，惯性传感器具有检测参数直观稳定易于部署成本低廉等优点。本实施例采用xsens公司的mtx传感器和角速度传感器作为主要的检测传感器进行研究，取得了良好效果。
34.本发明实施例的一个可选实施方式中，如图2所示，所述假肢检测模块釆用固定在踝关节附近和大腿上的加速度传感器和角速度传感器的输出作为输入，由于受到釆样噪声和震动噪声等影响，需要首先对采集到的数据进行去噪，去掉杂散噪声后进行特征提取，再进行分类，可以得到步态的类别信息。
35.本发明实施例的一个可选实施方式中，步态的类别信息代表目前使用者在平路或者上楼梯或者下楼梯的路况情形，去掉噪声的数据，经过积分操作，通过对所得结果进行校正，即可以得到步态的参数信息，例如步速、步长、抬腿高度、转弯角度等。
36.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。