[发明专利]一种调控上肢摆动的步态修正系统及方法

权利要求书

1.一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于：包括PID控制器(1)、与PID控制器(1)连接的两个IMU(2)以及手臂驱动机构(3)，两个IMU(2)分别固定于两腿部并用于采集腿部的步态信息，所述的手臂驱动机构(3)分别包括臂环(4)、动量轮(5)以及电机(6)，其中，在臂环(4)上固定有所述的电机(6)，所述电机(6)驱动所述的动量轮(5)旋转，所述的臂环(4)用于固定在与异常腿部对应的手臂上，所述的动量轮(5)转动时用于给手臂提供一个力矩，使手臂朝摆动的方向摆动设定的角度，所述的电机(6)与PID控制器(1)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于：所述电机(6)的输出轴与所述的动量轮(5)连接。

3.根据权利要求1所述的一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于，所述电机(6)的输出轴连接有小锥齿轮(7)，在臂环(4)上连接有大锥齿轮(8)，所述大锥齿轮(8)与所述小锥齿轮(7)啮合。

4.根据权利要求1所述的一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于，所述的臂环(4)安装在小臂的中间位置上。

5.根据权利要求1所述的一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于：所述的臂环(4)上设置有两个以上的定位环(9)。

6.根据权利要求2所述的一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于：所述的电机(6)采用型号为MAXON EC90的电机，所述电机(6)的额定转速为4000rpm，所述电机(6)的额定输出扭矩为15N.m。

7.一种调控上肢摆动的步态修正方法，包括采用1-6中任意一项权利要求所述的一种调控上肢摆动的步态修正系统，其特征在于，本方法使用反作用飞轮的原理，其具体包括以下步骤：

S1、首先将两个IMU(2)分别安装到两个腿部位置，将臂环(4)安装到与异常腿对应的手臂上，步态训练时，通过两个IMU(2)分别读取正常侧腿部关节角度θ₁和异常侧关节角度θ₂；

S2、然后通过对比在一个步态周期内两侧腿部的步态差值，将所述步态差值作为电机(6)的控制参数；

S3、并在下一个步态周期中用电机(6)施加一定的加速度a，并通过PID控制的方式实现加速度值的稳定；由于角动量守恒的原理，此时电机(6)和动量轮(5)将会给手臂施加一定的力矩，使手臂可以摆动一个更大的幅度β；且由于手臂和腿部的联动效果，步态也会随之发生变化，使得异常侧的步态更贴近于正常测的步态；并通过连续不断的测量与调节，最终实现对异常步态的矫正。