[发明专利]一种基于下肢行走特点的下肢康复机器人的步态规划方法

摘要

本发明基于下肢行走特点的下肢康复机器人的步态规划方法，首先基于下肢行走特点进行参数化建模：建立人体下肢髋、膝、踝转角的参数化数学模型，确定描述该模型函数曲线的形式和所需参数个数。随后建立曲线参数的数学反解方程组。接着寻找人体结构参数与特征关键点位之间的线性和非线性映射关系。最后测量人体结构参数，通过人体结构参数与特征关键点的映射关系，找出患者特征关键点，并反解曲线的参数，得到曲线具体表达式，最后根据下肢康复机器人的具体结构和构型，进行机器人运动学位置和相应下肢角度求解，生成机器人对应的关节运动指令。本发明更加符合人体下肢运动规律，更能揭示人体下肢运动的机理。

主权项

一种基于下肢行走特点的下肢康复机器人的步态规划方法，其特征在于：通过下述步骤实现：步骤1：参数化建模：建立人体下肢髋、膝、踝关节矢状面转角的参数化数学模型θ＝(θh θk θa)；θh、θk、θa分别为髋、膝与踝关节转角曲线模型，具体为：其中，IC：Inicial Contact，足跟着地时刻；R.IC为右足跟着地时刻，L.IC为左足跟着地时刻；x为步态周期归一化后的百分比位置，范围是0％到100％；θa1和θk1是踝关节和膝关节转角曲线前半段的转角模型，θa2和θk2是踝关节和膝关节转角曲线后半段的转角模型；所述前半段与后半段以左侧足跟着地时刻(L.IC)为界划分；式(1)、(2)、(3)中a为转角曲线模型中的待定参数；式(1)中，a1～a7分别为髋关节转角曲线模型中的7个待定参数；式(2)中，a1～a4分别为膝关节转角曲线中前半段的4个待定参数；a5～a8分别为膝关节转角曲线中后半段的4个待定参数；式3中，a1～a4分别为踝关节转角曲线中前半段的4个待定参数；a5～a9分别为踝关节转角曲线中后半段的5个待定参数。步骤2：建立转角曲线模型中的参数反解方程；针对转角曲线模型的参数个数及曲线形式选取特征关键点，建立转角曲线模型中的参数反解方程；步骤3：建立人体结构参数与特征关键点的映射关系寻找人体结构参数与特征关键点位之间的线性和非线性映射关系。步骤4：运动轨迹的生成测量患者人体结构参数，通过人体结构参数与特征关键点的映射关系，找出患者的特征关键点，通过特征关键点反解出转角曲线的参数，得到转角曲线具体表达式，最后根据下肢康复机器人的具体结构和构型，进行机器人运动学位置和相应下肢角度求解，生成机器人对应的关节运动指令。