CN117653505A - 髋关节助力外骨骼机器人、髋关节助力方法、设备及介质 - Google Patents

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CN117653505A CN202311548712.2A CN202311548712A CN117653505A CN 117653505 A CN117653505 A CN 117653505A CN 202311548712 A CN202311548712 A CN 202311548712A CN 117653505 A CN117653505 A CN 117653505A
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宋莹莹
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邓辅秦
潘增喜
肖慧玲
蔡泽馨
杨颖怡
陈涛
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Abstract

本申请提供了一种髋关节助力外骨骼机器人、髋关节助力方法、设备及介质，包括：腰带，腰带的左右两端均设置有腰部承托件；两个髋关节驱动模块，两个髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，旋转驱动组件的两端分别与腰部承托件和髋关节连接件连接；两个腿部穿戴组件，两个腿部穿戴组件均包括上腿杆和下腿杆，上腿杆的两端分别与髋关节连接件连接和下腿杆连接，下腿杆设置有腿带；控制箱，设置在腰带的前端，控制箱的左右两端分别通过链条与腰部承托件连接，控制箱内设置有控制器，旋转驱动组件与控制器电连接；本申请实施例能够适用于不同体型的使用人员，以及有效地向使用人员的髋关节提供助力。

Description

髋关节助力外骨骼机器人、髋关节助力方法、设备及介质
技术领域
本申请涉及但不限于医疗康复设备领域，尤其涉及一种髋关节助力外骨骼机器人、髋关节助力方法、设备及介质。
背景技术
目前，对于下肢运动受损人群，通常采用下肢康复装置来帮助使用人员进行活动，但是，传统下肢康复装置通常因为需要提供稳固的支撑而设计得笨重且坚硬，导致使用人员在活动时容易因为碰撞装置而引发二次伤害，而且规格统一的下肢康复装置无法适用于不同体型的使用人员，另外，下肢康复装置通常只提供支撑作用，无法有效地对使用人员提供助力，康复训练的效果较差。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请实施例提供了一种髋关节助力外骨骼机器人，能够适用于不同体型的使用人员，以及有效地向使用人员的髋关节提供助力。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种髋关节助力外骨骼机器人，包括：腰带，所述腰带的左右两端均设置有腰部承托件，所述腰带用于绑缚人体腰部；两个髋关节驱动模块，两个所述髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，所述旋转驱动组件的固定端与对应的所述腰部承托件高度可调式连接，所述旋转驱动组件的转动端与对应的所述髋关节连接件固定连接，所述旋转驱动组件用于驱动对应的所述髋关节连接件转动；两个腿部穿戴组件，两个所述腿部穿戴组件均包括上腿杆和下腿杆，所述上腿杆的一端与对应的所述髋关节连接件活动连接，所述上腿杆的另一端分别与对应的所述下腿杆高度可调式连接，所述下腿杆设置有用于绑缚人体腿部的腿带；控制箱，设置在所述腰带的前端，所述控制箱的左右两端分别通过长度可调的链条与对应的腰部承托件连接，所述控制箱内设置有控制器，所述旋转驱动组件与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述旋转驱动组件的工作状态。
在一些实施例中，所述旋转驱动组件包括承托连接件和驱动电机，所述承托连接件包括连接板和电机托架，所述连接板固定在所述电机托架上，所述电机托架套设在所述驱动电机的外侧，所述电机托架与所述髋关节连接件卡接固定，所述连接板由上至下间隔设置有多个第一安装孔，所述腰部承托件由上至下间隔设置有多个与所述第一安装孔对应的第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔通过紧固件固定连接，所述上腿杆由上至下间隔设置有多个第三安装孔，所述下腿杆由上至下间隔设置有多个与所述第三安装孔对应的第四安装孔，所述第三安装孔和所述第四安装孔通过紧固件固定连接。
在一些实施例中，还包括多个惯性传感器，各个所述惯性传感器分别设置在所述控制箱内和各个所述腿部穿戴组件上，各个所述惯性传感器分别与所述控制器电连接。
在一些实施例中，还包括指示灯和扬声器，所述指示灯设置在所述控制箱上，所述扬声器设置在所述控制箱内，所述指示灯和所述扬声器分别与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述指示灯的亮灭，以及控制所述扬声器的工作状态。
在一些实施例中，还包括第一按钮开关和第二按钮开关，所述第一按钮开关设置在其中一个所述腰部承托件上，所述第二按钮开关设置在另一个所述腰部承托件上，所述第一按钮开关和所述第二按钮开关分别与所述控制器电连接；所述第一按钮开关用于向所述控制器发送运行指令，以使所述控制器根据所述运行指令控制所述旋转驱动组件运行；所述第一按钮开关还用于向所述控制器发送第一停止指令，以使所述控制器根据所述第一停止指令控制所述旋转驱动组件停止运行；所述第二按钮开关用于向所述控制器发送第二停止指令，以使所述控制器根据所述第二停止指令控制所述旋转驱动组件停止运行。
在一些实施例中，还包括背带，所述背带与所述腰带一体化成型，所述背带用于绑缚人体背部，所述腰带的外侧设置有多个腰部固定件，所述腰部固定件用于固定所述腰部承托件和所述链条，所述腰带的两端分别设置有柔性带，两个所述柔性带通过卡扣连接，所述卡扣用于调节所述柔性带的长度。
为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出了一种髋关节助力方法，应用于上述实施例任意一项所述的髋关节助力外骨骼机器人，所述髋关节助力外骨骼机器人包括腰带、两个髋关节驱动模块、两个腿部穿戴组件、控制箱和控制器，两个所述髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，所述旋转驱动组件与所述控制器电连接，所述髋关节助力方法包括：获取驱动指令；将所述驱动指令发送至对应的所述旋转驱动组件，以控制所述旋转驱动组件的工作状态。
在一些实施例中，所述获取驱动指令包括：获取各个惯性传感器检测的目标对象的待识别运动数据；将所述待识别运动数据输入已训练的模式识别模型，基于所述模式识别模型确定所述目标对象的运动模式，其中，所述模式识别模型是基于改进哈里斯鹰优化算法训练得到的支持向量机；根据所述运动模式，生成各个旋转驱动组件对应的驱动指令。
为实现上述目的，本申请实施例的第三方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的髋关节助力方法。
为实现上述目的，本申请实施例的第四方面提出了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的髋关节助力方法。
本申请提出的髋关节助力外骨骼机器人、髋关节助力方法、设备及介质，本申请实施例的髋关节助力外骨骼机器人包括：腰带，所述腰带的左右两端均设置有腰部承托件，所述腰带用于绑缚人体腰部；两个髋关节驱动模块，两个所述髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，所述旋转驱动组件的固定端与对应的所述腰部承托件高度可调式连接，所述旋转驱动组件的转动端与对应的所述髋关节连接件固定连接，所述旋转驱动组件用于驱动对应的所述髋关节连接件转动；两个腿部穿戴组件，两个所述腿部穿戴组件均包括上腿杆和下腿杆，所述上腿杆的一端与对应的所述髋关节连接件活动连接，所述上腿杆的另一端分别与对应的所述下腿杆高度可调式连接，所述下腿杆设置有用于绑缚人体腿部的腿带；控制箱，设置在所述腰带的前端，所述控制箱的左右两端分别通过长度可调的链条与对应的腰部承托件连接。根据本申请实施例提供的方案，通过设置腰带对使用人员的腰部进行绑缚，腰带通常能够适应不同使用人员的腰围，使得腰带稳固地绑缚在使用人员的腰部，进而有效地承载位于腰带上的腰部承托件和控制箱，以及承载与腰部承托件连接的髋关节驱动模块，进一步还能够承载腿部穿戴组件，而且控制箱通过长度可调的链条与腰部承托件连接，使得控制箱与腰部承托件之间的距离基于使用人员的腰围进行调节，由于旋转驱动组件的固定端与对应的腰部承托件高度可调式连接，以及上腿杆的另一端分别与对应的下腿杆高度可调式连接，因此，腿部穿戴组件能够适应不同使用人员的腿长，而且下腿杆设置有用于绑缚人体腿部的腿带，腿带通常能够适应不同使用人员的腿围，因此，髋关节助力外骨骼机器人能够适用于不同体型的使用人员，避免使用人员穿戴时出现紧促感，提升使用人员使用髋关节助力外骨骼机器人时的舒适性；基于此，使用人员在行走过程中，控制器能够向旋转驱动组件发送驱动指令，使得旋转驱动组件能够提供助力，通过驱动髋关节连接件带动腿部穿戴组件运动，有效地向使用人员的髋关节提供助力，将髋关节助力外骨骼机器人作为下肢康复装置，能够提高使用人员的康复训练效果。
本申请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，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人的一种可选的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人其中一侧的一种可选的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的控制箱的一种可选的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人右侧的一种可选的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人左侧的一种可选的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的控制器发送驱动指令的一种可选的***框图；
图7为本申请实施例提供的惯性传感器发送运动信息的一种可选的***框图；
图8为本申请实施例提供的控制器发送指示灯信号和语音信息的一种可选的***框图；
图9为本申请实施例提供的第一按钮开关和第二按钮开关的一种可选的***框图；
图10为本申请实施例提供的髋关节助力方法的一种可选的流程示意图；
图11为本申请实施例提供的髋关节助力方法的另一种可选的流程示意图；
图12为本申请实施例提供的电子设备的一种可选的硬件结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本申请的具体实施例，本申请之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本申请的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干个的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、电连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
目前，下肢康复装置通常设计得笨重和坚硬，不能适应不同使用人员的体格，使用人员在穿戴时往往会感觉到不适，并且，市面上的下肢康复装置往往不能主动为使用人员行走时提供助力。
针对使用人员穿戴时感觉不适，下肢康复装置没法主动提供行走力矩的问题，本申请提供了一种髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，包括：腰带，腰带的左右两端均设置有腰部承托件，腰带用于绑缚人体腰部；两个髋关节驱动模块，两个髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，旋转驱动组件的固定端与对应的腰部承托件高度可调式连接，旋转驱动组件的转动端与对应的髋关节连接件固定连接，旋转驱动组件用于驱动对应的髋关节连接件转动；两个腿部穿戴组件，两个腿部穿戴组件均包括上腿杆和下腿杆，上腿杆的一端与对应的髋关节连接件活动连接，上腿杆的另一端分别与对应的下腿杆高度可调式连接，下腿杆设置有用于绑缚人体腿部的腿带；控制箱，设置在腰带的前端，控制箱的左右两端分别通过长度可调的链条与对应的腰部承托件连接，控制箱内设置有控制器，旋转驱动组件与控制器电连接，控制器用于控制旋转驱动组件的工作状态。根据本申请实施例提供的方案，通过设置腰带对使用人员的腰部进行绑缚，腰带通常能够适应不同使用人员的腰围，使得腰带稳固地绑缚在使用人员的腰部，进而有效地承载位于腰带上的腰部承托件和控制箱，以及承载与腰部承托件连接的髋关节驱动模块，进一步还能够承载腿部穿戴组件，而且控制箱通过长度可调的链条与腰部承托件连接，使得控制箱与腰部承托件之间的距离基于使用人员的腰围进行调节，由于旋转驱动组件的固定端与对应的腰部承托件高度可调式连接，以及上腿杆的另一端分别与对应的下腿杆高度可调式连接，因此，腿部穿戴组件能够适应不同使用人员的腿长，而且下腿杆设置有用于绑缚人体腿部的腿带，腿带通常能够适应不同使用人员的腿围，因此，髋关节助力外骨骼机器人能够适用于不同体型的使用人员，避免使用人员穿戴时出现紧促感，提升使用人员使用髋关节助力外骨骼机器人时的舒适性；基于此，使用人员在行走过程中，控制器能够向旋转驱动组件发送驱动指令，使得旋转驱动组件能够提供助力，通过驱动髋关节连接件带动腿部穿戴组件运动，有效地向使用人员的髋关节提供助力，将髋关节助力外骨骼机器人作为下肢康复装置，能够提高使用人员的康复训练效果。
本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人及髋关节助力方法，具体通过如下实施例进行说明，首先描述本申请实施例中的髋关节助力外骨骼机器人。
下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。
参照图1至图9，本申请的一个实施例，提供了一种髋关节助力外骨骼机器人，包括：
腰带100，腰带100的左右两端均设置有腰部承托件110，腰带100用于绑缚人体腰部；
两个髋关节驱动模块200，两个髋关节驱动模块200均包括旋转驱动组件210和髋关节连接件220，旋转驱动组件210的固定端与对应的腰部承托件110高度可调式连接，旋转驱动组件210的转动端与对应的髋关节连接件220固定连接，旋转驱动组件210用于驱动对应的髋关节连接件220转动；
两个腿部穿戴组件300，两个腿部穿戴组件300均包括上腿杆310和下腿杆320，上腿杆310的一端与对应的髋关节连接件220活动连接，上腿杆310的另一端分别与对应的下腿杆320高度可调式连接，下腿杆320设置有用于绑缚人体腿部的腿带330；
控制箱400，设置在腰带100的前端，控制箱400的左右两端分别通过长度可调的链条500与对应的腰部承托件110连接，控制箱400内设置有控制器410，旋转驱动组件210与控制器410电连接，控制器410用于控制旋转驱动组件210的工作状态。
基于此，通过设置腰带100对使用人员的腰部进行绑缚，腰带100通常能够适应不同使用人员的腰围，使得腰带100稳固地绑缚在使用人员的腰部，进而有效地承载位于腰带100上的腰部承托件110和控制箱400，以及承载与腰部承托件110连接的髋关节驱动模块200，进一步还能够承载腿部穿戴组件300，而且控制箱400通过长度可调的链条500与腰部承托件110连接，使得控制箱400与腰部承托件110之间的距离基于使用人员的腰围进行调节，由于旋转驱动组件210的固定端与对应的腰部承托件110高度可调式连接，以及上腿杆310的另一端分别与对应的下腿杆320高度可调式连接，因此，腿部穿戴组件300能够适应不同使用人员的腿长，而且下腿杆320设置有用于绑缚人体腿部的腿带330，腿带330通常能够适应不同使用人员的腿围，因此，髋关节助力外骨骼机器人能够适用于不同体型的使用人员，避免使用人员穿戴时出现紧促感，提升使用人员使用髋关节助力外骨骼机器人时的舒适性；基于此，使用人员在行走过程中，控制器410能够向旋转驱动组件210发送驱动指令，使得旋转驱动组件210能够提供助力，通过驱动髋关节连接件220带动腿部穿戴组件300运动，有效地向使用人员的髋关节提供助力，将髋关节助力外骨骼机器人作为下肢康复装置，能够提高使用人员的康复训练效果。
在具体实践中，链条500包括多个铰链头，铰链头之间通过对锁螺钉转动连接，使用人员可根据自身腰围增加或减少铰链头的数量；上腿杆310与对应的髋关节连接件220之间通过铰接头连接，为腿部穿戴组件300提供左右摆动的转动空间。
另外，再次参照图2，在一实施例中，旋转驱动组件210包括电机托架212和驱动电机214，电机托架212的下端设置有用于套设驱动电机214的套圈213，套圈213与驱动电机214的外壳215固定连接，套圈213与对应的髋关节连接件220贴合，驱动电机214的驱动端与对应的髋关节连接件220固定连接，电机托架212的上端由上至下间隔设置有多个第一安装孔111，腰部承托件110由上至下间隔设置有多个与第一安装孔111对应的第二安装孔211，第一安装孔111和第二安装孔211通过紧固件固定连接，上腿杆310由上至下间隔设置有多个第三安装孔311，下腿杆320由上至下间隔设置有多个与第三安装孔311对应的第四安装孔321，第三安装孔311和第四安装孔321通过紧固件固定连接。
在具体实践中，髋关节连接件220在与套圈213连接处设置有用于限制髋关节连接件220转动区间的限位块221。
可以理解的是，第一安装孔111的数量有多个，第一安装孔111可以呈阵列排列，例如，排列成多行多列，位于同一行的第一安装孔111处于相同的高度，位于不同行的第一安装孔111处于不同的高度，任意相邻的两行第一安装孔111之间的距离固定，同样地，第二安装孔211、第三安装孔311和第四安装孔321的排列方式均与第一安装孔111类似。
基于此，驱动电机214和髋关节连接件220安装在电机托架212上，驱动电机214在接收到驱动指令后，驱动髋关节连接件220进行转动，从而为使用人员行走提供助力；髋关节连接件220上设置有限位块221，能够限制髋关节连接件220的转动区间，能够避免髋关节连接件220发生较大角度的转动从而对使用人员的髋关节产生过度拉伸，避免对使用人员造成伤害；通过设置套圈213连接电机托架212、驱动电机214和髋关节连接件220。
具体地，需要调节旋转驱动组件210的固定端与对应的腰部承托件110之间的高度时，可以在多个第一安装孔111中选择合适高度的第一安装孔111，以及在多个第二安装孔211中选择合适高度的第二安装孔211，通过紧固件将被选择的第一安装孔111和第二安装孔211进行固定连接，使得旋转驱动组件210的固定端与对应的腰部承托件110之间处于合适的高度；
同样地，需要调节上腿杆310的固定端与对应的下腿杆320之间的高度时，可以在多个第三安装孔311中选择合适高度的第三安装孔311，以及在多个第四安装孔321中选择合适高度的第四安装孔321，通过紧固件将被选择的第三安装孔311和第四安装孔321进行固定连接，使得上腿杆310的固定端与对应的下腿杆320之间处于合适的高度。
另外，通过调节腿带330的绑缚位置，使得腿带330能够稳固地绑缚使用人员的腿部，使得助力能够作用于腿部行走时的关键部位。
另外，再次参照图2、图3和图7，在一实施例中，还包括多个惯性传感器600，各个惯性传感器600分别设置在控制箱400内和各个腿部穿戴组件300上，各个惯性传感器600分别与控制器410电连接。
可以理解的是，惯性传感器600用于获取三维方向上的的加速度和陀螺仪信息，并将运动信息发送至控制器410。
在具体实践中，有三个惯性传感器600，分别安装于两个腿部穿戴组件300上和控制箱400内。
基于此，通过分析设置控制箱400内的惯性传感器600的运动信息，可以分析使用人员的速度和平稳状态，通过分析分别设置在两个腿部穿戴组件300上的惯性传感器600，可以判断使用人员腿部的运动状态和适应情况，从而及时作出对驱动旋转组件210驱动指令的调整，令驱动旋转组件210提供合适力度的助力，能够避免使用人员发生身体失衡，控制器410也能收集惯性传感器600的运动信息，结合使用人员的使用评价，对控制器410发出的驱动指令作出优化。
另外，再次参照图3和图8，在一实施例中，还包括指示灯420和扬声器430，指示灯420设置在控制箱400外侧，扬声器430设置在控制箱400内，指示灯420和扬声器430分别与控制器410电连接，控制器410用于控制指示灯420的亮灭，以及控制扬声器430的工作状态。
在具体实践中，指示灯420的数量是两个，其中一个指示灯420能够发出绿光，另一个指示灯420能够发出红光，当旋转驱动组件210运行时，控制器410能够控制前一个指示灯420发出绿光，并且控制另一个指示灯420熄灭，当旋转驱动组件210停止运行时，控制器410能够控制前一个指示灯420熄灭，并且控制另一个指示灯420发出红光。
另外，控制器410预设有多种语音信息，控制器410通过基于旋转驱动组件210的工作状态，向扬声器430发送对应的语音信息，使得扬声器430发出相应的声音。
基于此，控制器410检测旋转驱动组件210的工作状态，控制器410向指示灯420发送信号以开启或熄灭指示灯420，控制器410向扬声器430发送语音信息，使扬声器430播出相应的语音信息，以达到提醒使用人员的作用，当控制器410检测到旋转驱动组件210出现异常状态，甚至使用人员即将发生倾倒时，也能及时作出报警信息，提醒使用人员注意安全，及时调整姿态，也能通知随行人员及时照看使用人员，避免意外的发生。
另外，再次参考图1、图4、图5和图9，在一实施例中，还包括第一按钮开关710和第二按钮开关720，第一按钮开关710设置在其中一个腰部承托件110上，第二按钮开关720设置在另一个腰部承托件110上，第一按钮开关710和第二按钮开关720分别与控制器410电连接；第一按钮开关710用于向控制器410发送运行指令，以使控制器410根据运行指令控制旋转驱动组件210运行；第一按钮开关710还用于向控制器410发送第一停止指令，以使控制器410根据第一停止指令控制旋转驱动组件210停止运行；第二按钮开关720用于向控制器410发送第二停止指令，以使控制器410根据第二停止指令控制旋转驱动组件210停止运行。
可以理解的是，第一按钮开关710设置在右侧的腰部承托件110，便于使用人员触发，第二按钮开关720也设置在左侧的腰部承托件110，也便于使用人员触发。
下面对第一按钮开关710和第二按钮开关720的触发原理进行详细描述。
当髋关节助力外骨骼机器人停止工作时，即旋转驱动组件210停止运行时，髋关节助力外骨骼机器人不会向使用人员的髋关节提供助力，此时，使用人员可以通过触发位于腰部承托件110处的第一按钮开关710来启动髋关节助力外骨骼机器人，具体地，第一按钮开关710被触发后，第一按钮开关710会向控制器410发送运行指令，由于此时旋转驱动组件210正处于停止运行的状态，控制器410会将第一按钮开关710发送的运行指令作为运行指令，控制器410能够响应于运行指令控制旋转驱动组件210运行；
可见，本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人只能选择第一按钮开关710进行启动，相对于第一按钮开关710和第二按钮开关720均能启动髋关节助力外骨骼机器人的情况，本申请实施例能够避免出现因误触第二按钮开关720而导致异常启动的风险。
当髋关节助力外骨骼机器人运行时，即旋转驱动组件210运行时，髋关节助力外骨骼机器人会向使用人员的髋关节提供助力，此时，使用人员可以通过触发位于腰部承托件110处的第一按钮开关710或者第二按钮开关720来停止髋关节助力外骨骼机器人的运行，具体地，第一按钮开关710被触发后，第一按钮开关710会向控制器410发送运行指令，由于此时旋转驱动组件210正处于运行的状态，控制器410会将第一按钮开关710发送的运行指令作为第一停止指令，控制器410能够响应于第一停止指令控制旋转驱动组件210停止运行，或者，第二按钮开关720被触发后，第二按钮开关720会向控制器410发送运行指令，该运行指令为第二停止指令，控制器410能够响应于第二停止指令控制旋转驱动组件210停止运行。
可见，本申请实施例提供的髋关节助力外骨骼机器人能够选择第一按钮开关710或第二按钮开关720停止运行，相对于仅能使用第一按钮开关710或者第二按钮开关720停止髋关节助力外骨骼机器人的情况，本申请实施例无需耗费时间思考用于停止运行的按钮开关的设置位置，当髋关节助力外骨骼机器人运行时，触发位于任意一侧的按钮开关均可以实现停止髋关节助力外骨骼机器人的运行，能够增加安全性能，避免出现危险。
在其他实施方式中，第一按钮开关710单独控制右侧的旋转驱动组件210的启动和关闭，第二按钮开关720单独控制左侧的旋转驱动组件210的启动和关闭，当没有开启髋关节助力外骨骼机器人时，左右两侧的旋转驱动组件210都不会提供助力，当触发第一按钮开关710时，控制器410开始向右侧的旋转驱动组件210发送驱动指令，右侧的旋转驱动组件210开始运作，当再次触发第二按钮开关720时，控制器410开始向左侧的旋转驱动组件210发送驱动指令，左侧的旋转驱动组件210开始运作，再次触发第一按钮开关710或第二按钮开关720，两侧的旋转驱动组件210均停止运作。
可以理解的是，当第一按钮开关710单独控制右侧的旋转驱动组件210的启动和关闭，第二按钮开关720单独控制左侧的旋转驱动组件210的启动和关闭，而又因两侧的腰部承托件110分别通过链条500与控制箱进行连接，所以使用人员可根据自身情况选择安装其中一侧的腰部承托件110、髋关节驱动模块200和腿部穿戴组件300，能够在不影响康复运动训练效果的情况下，有效地减轻穿戴髋关节助力外骨骼机器人的负重。
再次参考图1、图4和图5，在一实施例中，还包括背带120，背带120与腰带100一体化成型，背带120用于绑缚人体背部，腰带100的外侧设置有多个腰部固定件130，腰部固定件130用于固定腰部承托件110和链条500，腰带100的两端分别设置有柔性带140，两个柔性带140通过卡扣150连接，卡扣150用于调节柔性带140的长度。
可以理解的是，背带120上设置有调节扣，调节扣用于调节背带120的长短，腰带100两侧的腰部固定件130可以自由地选择安装和拆卸，腰部固定件130可以是腰袢，腰部承托件110和链条500串在腰袢上。
基于此，通过设置背带120，使得髋关节助力外骨骼机器人能够挂靠在使用人员的肩部，使得髋关节助力外骨骼机器人不会发生脱落，在腰带100的外侧设置多个腰部固定件130，能够有效地固定安装腰部承托件110。
如图10所示，本申请的另一个实施例，提供了一种髋关节助力方法，应用于如上述实施例任意一项所述的髋关节助力外骨骼机器人，髋关节助力外骨骼机器人包括腰带、两个髋关节驱动模块、两个腿部穿戴组件、控制箱，两个髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，旋转驱动组件与控制器电连接，髋关节助力方法包括：
S1010：获取驱动指令；
S1020：将驱动指令发送至对应的旋转驱动组件，以控制旋转驱动组件的工作状态。
可以理解的是，由于本实施例中的髋关节助力方法应用于如上述具体实施例中提及的髋关节助力外骨骼机器人，因此，本实施例的髋关节助力方法具备如上述具体实施例中提及的髋关节助力外骨骼机器人所带来的有益效果。
如图11所示，本申请的一个实施例，髋关节助力外骨骼机器人还包括多个惯性传感器，各个惯性传感器分别设置在控制箱内和各个腿部穿戴组件上，各个惯性传感器分别与控制器电连接，步骤S1010：获取驱动指令，包括：
S1110：获取各个惯性传感器检测的目标对象的待识别运动数据；
S1120：将待识别运动数据输入已训练的模式识别模型，基于模式识别模型确定目标对象的运动模式，其中，模式识别模型是基于改进哈里斯鹰优化算法训练得到的支持向量机；
S1130：根据运动模式，生成各个旋转驱动组件对应的驱动指令。
在具体实践中，有三个惯性传感器，分别安装于两个腿部穿戴组件上和控制箱内，安装于腿部穿戴组件上的惯性传感器用于检测腿部在三维方向上的加速度和陀螺仪数据，安装于控制箱内的惯性传感器用于检测腰部在三维方向上的加速度和陀螺仪数据。
其中，模式识别模型的训练步骤为：
首先，测试人员穿戴上述髋关节助力外骨骼机器人，测试人员进行多种类别动作，每个类别采集多组，初始采集需双脚并立，采集后获得多个类别的数据集，由于一个惯性传感器包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，因此单个惯性传感器能够采集三维方向上的的加速度计和陀螺仪共6个通道的数据，3个惯性传感器一共有18个通道的数据；
然后，将采集好的数据按每个通道进行小波滤波操作，采用db4小波变换，并使用4层，去除噪声；
然后，进行样本制作，对上述采集的数据一起整合，并进行分割数据，为每种动作类别的数据打上类别标签，并区分训练集和测试集；
然后，每个样本包含同一时刻采集的18个通道的数据，分别对每个样本的每个通道的数据依次进行时域特征提取、频域特征提取、小波变换能量熵特征提取，最后将提取后的到的特征进行特征融合，获得特征向量；
然后，将获得的特征向量进行降维操作，使用主成分分析法将沉余的特征使用组合优化的方法来进行降维，以减小计算复杂度，在本模型训练步骤中设定贡献率为95％；
然后，将降维后的特征进行归一化操作，而考虑到惯性传感器数据比较集中的情况，在本模型训练步骤中将采用差标准化的方法，来保留降维后的特征中存在的关系，并对降维后的特征进行线性变换，将特征值映射到[0,1]之间；
最后，采用改进哈里斯鹰优化算法优化支持向量机，分别对支持向量机中的惩罚系数和RBF核函数的超参数进行寻优，使用计算5倍交叉验证惩罚系数和RBF核函数的超参数两者的分数并采用一对多策略，使用其相反数作为哈里斯鹰算法中种群个体的适应度值。
其中，哈里斯鹰优化算法流程为：
首先，初始化哈里斯鹰种群数量N迭代次数T，根据搜索空间每一维的上界和下界，采用Sobol序列进行对哈里斯鹰种群初始化，并计算每个哈里斯鹰个体的适应度，获得当前最优个体，将这个最优个***置设为当前猎物位置；
然后，进入搜索阶段，哈里斯鹰随机栖息在某个地方，通过2种策略找到猎物：
当q<0.5时，哈里斯鹰会根据其它成员和猎物的位置进行栖息；
当q≥0.5时，哈里斯鹰会随机栖息在种群活动范围内的某颗树上；
其中，X(t)为当前迭代时个体的位置，X(t+1)为下一次迭代时个体的位置，t为迭代次数，Xrank(t)为随机选出的个***置，Xrabbit(t)为猎物位置，即拥有最优适应度的个***置，r1、r2、r3、r4和q都是区间[0,1]中的随机数，q用来随机选择要采用的策略，Xm(t)为个体平均位置，ub为搜索空间的上界，lb为搜索空间的下界。
然后，对于每个个***置更新，以猎物跳跃强度设置为0到2的随机数J以及初始化猎物逃脱能量设置为0到1的随机数E0，更新猎物逃逸能量E：
其中，t为当前迭代次数，T总迭代次数；
开发阶段，定义一个0到1之间的随机数r，当0.5≤∣E∣<1且r≥0.5时，采取软围攻策略进行位置更新：
其中，J为[0,2]之间的随机数；
当∣E∣<0.5且r≥0.5时，采取硬围攻进行位置跟新：
X(t+1)＝Xrabbit(t)-E|ΔX(t)|
当∣E∣<0.5且r<0.5时，采取渐近式快速俯冲的硬包围策略进行位置更新：
其中，f为支持向量机的交叉验证函数；S为2维随机向量,元素为[0,1]之间的随机数；LF是莱维飞行的数学表达式；
当1>∣E∣≥0.5且r<0.5时，采取渐近式快速俯冲的软包围策略进行位置更新：
其中，f为支持向量机的交叉验证函数；S为2维随机向量,元素为[0,1]之间的随机数；LF是莱维飞行的数学表达式；
然后，改进哈里斯鹰优化算法，在每次进行位置更新之后采用limit阈值判断是否为最优值，在本模型训练步骤中将阈值设定为10且继续探索是否获得最优值，采用动态反向学习策略进行更新个体；
然后，计算适应度，计算位置更新后的个体适应度，并与猎物适应度值进行比较，若位置更新后的个体适应度值优于猎物，则以适应度值更优的个***置作为新的猎物位置。
另外，参照图12，图12是本申请实施例提供的电子设备的一种可选的硬件结构示意图，电子设备包括：
处理器1201，可以采用通用的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；
存储器1202，可以采用只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)等形式实现。存储器1202可以存储操作***和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1202中，并由处理器1201来调用执行本申请实施例的髋关节助力方法，例如，执行以上描述的图10中的方法步骤S1010至步骤S1020、图11中的方法步骤S1110至步骤S1130；
输入/输出接口1203，用于实现信息输入及输出；
通信接口1204，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信；
总线1205，在设备的各个组件(例如处理器1201、存储器1202、输入/输出接口1203和通信接口1204)之间传输信息；
其中处理器1201、存储器1202、输入/输出接口1203和通信接口1204通过总线1205实现彼此之间在设备内部的通信连接。
本申请实施例还提供了一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，用于计算机可读存储，存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述髋关节助力方法，例如，执行以上描述的图10中的方法步骤S1010至步骤S1020、图11中的方法步骤S1110至步骤S1130。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图10至图11中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。
以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，包括：
腰带，所述腰带的左右两端均设置有腰部承托件，所述腰带用于绑缚人体腰部；
两个髋关节驱动模块，两个所述髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，所述旋转驱动组件的固定端与对应的所述腰部承托件高度可调式连接，所述旋转驱动组件的转动端与对应的所述髋关节连接件固定连接，所述旋转驱动组件用于驱动对应的所述髋关节连接件转动；
两个腿部穿戴组件，两个所述腿部穿戴组件均包括上腿杆和下腿杆，所述上腿杆的一端与对应的所述髋关节连接件活动连接，所述上腿杆的另一端分别与对应的所述下腿杆高度可调式连接，所述下腿杆设置有用于绑缚人体腿部的腿带；
控制箱，设置在所述腰带的前端，所述控制箱的左右两端分别通过长度可调的链条与对应的腰部承托件连接，所述控制箱内设置有控制器，所述旋转驱动组件与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述旋转驱动组件的工作状态。
2.根据权利要求1所述的髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述旋转驱动组件包括电机托架和驱动电机，所述电机托架的下端设置有用于套设所述驱动电机的套圈，所述套圈与所述驱动电机的外壳固定连接，所述套圈与对应的所述髋关节连接件贴合，所述驱动电机的驱动端与对应的所述髋关节连接件固定连接，所述电机托架的上端由上至下间隔设置有多个第一安装孔，所述腰部承托件由上至下间隔设置有多个与所述第一安装孔对应的第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔通过紧固件固定连接，所述上腿杆由上至下间隔设置有多个第三安装孔，所述下腿杆由上至下间隔设置有多个与所述第三安装孔对应的第四安装孔，所述第三安装孔和所述第四安装孔通过紧固件固定连接。
3.根据权利要求1所述的髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，还包括多个惯性传感器，各个所述惯性传感器分别设置在所述控制箱内和各个所述腿部穿戴组件上，各个所述惯性传感器分别与所述控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，还包括指示灯和扬声器，所述指示灯设置在所述控制箱上，所述扬声器设置在所述控制箱内，所述指示灯和所述扬声器分别与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述指示灯的亮灭，以及控制所述扬声器的工作状态。
5.根据权利要求1所述的髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，还包括第一按钮开关和第二按钮开关，所述第一按钮开关设置在其中一个所述腰部承托件上，所述第二按钮开关设置在另一个所述腰部承托件上，所述第一按钮开关和所述第二按钮开关分别与所述控制器电连接；所述第一按钮开关用于向所述控制器发送运行指令，以使所述控制器根据所述运行指令控制所述旋转驱动组件运行；所述第一按钮开关还用于向所述控制器发送第一停止指令，以使所述控制器根据所述第一停止指令控制所述旋转驱动组件停止运行；所述第二按钮开关用于向所述控制器发送第二停止指令，以使所述控制器根据所述第二停止指令控制所述旋转驱动组件停止运行。
6.根据权利要求1所述的髋关节助力外骨骼机器人，其特征在于，还包括背带，所述背带与所述腰带一体化成型，所述背带用于绑缚人体背部，所述腰带的外侧设置有多个腰部固定件，所述腰部固定件用于固定所述腰部承托件和所述链条，所述腰带的两端分别设置有柔性带，两个所述柔性带通过卡扣连接，所述卡扣用于调节所述柔性带的长度。
7.一种髋关节助力方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任意一项所述的髋关节助力外骨骼机器人，所述髋关节助力外骨骼机器人包括腰带、两个髋关节驱动模块、两个腿部穿戴组件、控制箱，两个所述髋关节驱动模块均包括旋转驱动组件和髋关节连接件，所述旋转驱动组件与所述控制器电连接，所述髋关节助力方法包括：
获取驱动指令；
将所述驱动指令发送至对应的所述旋转驱动组件，以控制所述旋转驱动组件的工作状态。
8.根据权利要求7所述的髋关节助力方法，其特征在于，所述髋关节助力外骨骼机器人还包括多个惯性传感器，各个所述惯性传感器分别设置在所述控制箱内和各个所述腿部穿戴组件上，各个所述惯性传感器分别与所述控制器电连接，所述获取驱动指令，包括：
获取各个惯性传感器检测的目标对象的待识别运动数据；
将所述待识别运动数据输入已训练的模式识别模型，基于所述模式识别模型确定所述目标对象的运动模式，其中，所述模式识别模型是基于改进哈里斯鹰优化算法训练得到的支持向量机；
根据所述运动模式，生成各个旋转驱动组件对应的驱动指令。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至8中任意一项所述的髋关节助力方法。
10.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8中任意一项所述的髋关节助力方法。
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