本發(fā)明涉及一種機(jī)器人建模方法，具體涉及一種輔助起立機(jī)器人人體運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和試驗(yàn)方法，屬于智能電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

起立是生活中最基本的運(yùn)動(dòng)之一，也是完成其他運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)備姿勢，但對老年人、功能障礙、脊髓損傷、偏癱和全癱等患者而言，完成站立要付出巨大努力，甚至是無法完成的任務(wù)，造成其長期保持坐姿，無法或者很少運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致相關(guān)生理衡并提供部分輔助力完成起立但完全依靠上肢輔助起立，要求患者上肢健全且肌肉力較大，輔助起立時(shí)上肢將承受身體全部重量，容易受損傷，而且長時(shí)間會(huì)導(dǎo)致上肢各關(guān)節(jié)并發(fā)癥，起立運(yùn)動(dòng)不但對人體肌肉骨骼系統(tǒng)要求非常高，而且要求患者方向感和平衡能力較強(qiáng)，特別是下肢肌肉強(qiáng)度是完成起立關(guān)鍵因素，所以開發(fā)輔助患者進(jìn)行起立訓(xùn)練、保持下肢平衡感和逐漸恢復(fù)肌肉強(qiáng)度的輔助器具很有意義；目前，功能性電刺激技術(shù)可輔助患者完成起立訓(xùn)練，但訓(xùn)練過程需大量試驗(yàn)評估，患者對新控制方法和調(diào)整參數(shù)適應(yīng)過程冗長，患者往往會(huì)由于單調(diào)的訓(xùn)練失去耐心，因此訓(xùn)練時(shí)間不宜過長，機(jī)械裝置也可輔助起立，但口前所設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制系統(tǒng)、信號采集和反饋系統(tǒng)不完善，既無法反饋訓(xùn)練信息，也無法實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測訓(xùn)練過程，更無法對患者起立運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行可編程規(guī)劃，患者被固定于輔助裝置而無法主動(dòng)參與訓(xùn)練過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

（一）要解決的技術(shù)問題

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種輔助起立機(jī)器人人體運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和試驗(yàn)方法，通過分析人體起立過程，利用拉格朗日方程和漢密爾頓原理，推導(dǎo)人體起立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程并在Matlab/Simulink中建立模擬平臺(tái)；對起立機(jī)器人輔助患者起立時(shí)關(guān)節(jié)角度變化進(jìn)行模擬與試驗(yàn)研究，模擬和試驗(yàn)結(jié)果證明了所建模型可有效預(yù)測起立關(guān)節(jié)角；并對機(jī)器人輔助患者完成起立時(shí)，患者各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試，為起立機(jī)器人位置控制與患者起立過程力學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

（二）技術(shù)方案

本發(fā)明的輔助起立機(jī)器人人體運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

第一步：依據(jù)拉格朗日函數(shù)與漢密爾頓原理所建立的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測機(jī)器人輔助起立過程人體下肢關(guān)節(jié)角；

第二步：對起立機(jī)器人輔助患者起立時(shí)關(guān)節(jié)角度變化進(jìn)行模擬與試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明輔助站立過程中髓關(guān)節(jié)的水平與豎直方向的位置變化最大，而踩關(guān)節(jié)最小，踩關(guān)節(jié)在站立過程中可近似為固定點(diǎn)，所測髓關(guān)節(jié)處的運(yùn)動(dòng)軌跡為輔助起立機(jī)器人位置控制奠定了基礎(chǔ)；

第三步：對輔助起立過程人體各主要部位角速度與角加速度進(jìn)行了測試，得出小腿質(zhì)心處的角加速度值最大，而軀干質(zhì)心的角速度值最大的結(jié)果。

（三）有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的輔助起立機(jī)器人人體運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和試驗(yàn)方法，通過分析人體起立過程，利用拉格朗日方程和漢密爾頓原理，推導(dǎo)人體起立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程并在Matlab/Simulink中建立模擬平臺(tái)；對起立機(jī)器人輔助患者起立時(shí)關(guān)節(jié)角度變化進(jìn)行模擬與試驗(yàn)研究，模擬和試驗(yàn)結(jié)果證明了所建模型可有效預(yù)測起立關(guān)節(jié)角；并對機(jī)器人輔助患者完成起立時(shí)，患者各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試，為起立機(jī)器人位置控制與患者起立過程力學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

具體實(shí)施方式

一種輔助起立機(jī)器人人體運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

第一步：依據(jù)拉格朗日函數(shù)與漢密爾頓原理所建立的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測機(jī)器人輔助起立過程人體下肢關(guān)節(jié)角；

第二步：對起立機(jī)器人輔助患者起立時(shí)關(guān)節(jié)角度變化進(jìn)行模擬與試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明輔助站立過程中髓關(guān)節(jié)的水平與豎直方向的位置變化最大，而踩關(guān)節(jié)最小，踩關(guān)節(jié)在站立過程中可近似為固定點(diǎn)，所測髓關(guān)節(jié)處的運(yùn)動(dòng)軌跡為輔助起立機(jī)器人位置控制奠定了基礎(chǔ)；

第三步：對輔助起立過程人體各主要部位角速度與角加速度進(jìn)行了測試，得出小腿質(zhì)心處的角加速度值最大，而軀干質(zhì)心的角速度值最大的結(jié)果。

上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。