申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2021-11-12

公开（公告）日：2023-04-11

公开（公告）号：CN113977582B

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16;B25J9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.04.11#授权;2022.02.18#实质审查的生效;2022.01.28#公开

摘要：本发明公开了一种基于DMP的下肢外骨骼上楼梯控制方法。本发明的具体步骤如下：1.上楼梯髋、膝关节角度数据采集。2.对步骤1采集的角度数据进行预处理。3.使用激光测距模块测量楼梯高度与宽度。4.建立DMP步态生成模型。5.利用训练好的DMP模型，实时规划出上楼梯步态轨迹。本发明创新性地对外骨骼运动的髋、膝关节角度曲线进行分段，使用DMP分别对两段曲线进行学习，利用几何关系通过楼梯高度、宽度推算出髋、膝关节的角度，将其作为目标点输入DMP，自动生成相应的上楼梯步态角度曲线。本发明实现了楼梯尺寸数据的自动测量，得到的上楼梯轨迹曲线实验效果良好。

主权项：1.一种基于DMP的下肢外骨骼上楼梯控制方法，其特征在于：步骤1.采集穿戴下肢外骨骼的被试在主动上楼梯时髋、膝关节的角度数据；步骤2.对每个关节上台阶的角度数据曲线进行分段，分界点为外骨骼上楼梯时小腿向前迈出并竖直落地的时刻；对后半段曲线数据进行首尾倒置，每个关节在上台阶的一个周期中均得到一条前半部分曲线和一条倒置后半部分曲线；步骤3.利用前半部分曲线和倒置后半部分曲线分别对DMP步态生成模型进行训练，得到前半段DMP模型和后半段DMP模型；DMP步态生成模型的建立过程如下：3-1.DMP模型的公式如式4.1所示： 其中，y表示系统状态，和分别表示y的一阶导数和二阶导数，g为目标状态；αy和βy是两个调节参数；τ为控制轨迹的收敛速度的参数；fx,g为一个非线性函数；fx,g的表达式如式4.2所示： 其中，Ψix为基函数；y0表示起始状态；ωi为基函数的权重；N为高斯核的数目，参数x来自正则系统，满足式4.3的关系： 其中，αx为调节系统收敛的速度的参数；基函数Ψix定义为高斯核函数，其表达式如式4.4所示： 其中，σi和ci分别表示基函数Ψi的宽度和中心位置的参数；3-2.期望得到的时间序列ftarget由参考轨迹的角度、角度的一阶导数、角度的二阶导数的时间序列输入得出，将式4.1进行变换得到计算时间序列ftarget的公式，如式4.5所示： 3-3.构造损失函数Ji如式4.6所示： 其中，P表示整条轨迹的总时间步数；ξt＝xtg-y0；通过局部加权回归来使损失函数Ji最小化，得到权重ωi的表达式如式4.7所示： 其中，步骤4.在小腿向前迈出并竖直落地的时刻，髋关节角度与膝关节角度相等，设定该角度θ的表达式如下： 其中，l1为大腿长度；l2为小腿长度；w为目标楼梯的台阶宽度；h为目标楼梯的台阶高度；λ1和λ2分别为高度因素和宽度因素在角度控制中的权重；步骤5.步骤4所得的角度θ分别输入步骤3得到的两个DMP模型，得到两条拟合后的曲线；将后半段DMP模型拟合出的曲线倒置后拼接在前半段DMP模型拟合出的尾端，得到对应关节的运动轨迹控制曲线；根据各关节对应的运动轨迹控制曲线控制下肢外骨骼上楼梯时各关节的转动，从而使下肢外骨骼爬上目标楼梯。

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百度查询： 杭州电子科技大学 一种基于DMP的下肢外骨骼上楼梯控制方法

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