行走輔助機(jī)器人和控制行走輔助機(jī)器人的方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)要求于2013年11月7日提交到韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第2013-0134784號(hào)韓 國(guó)專利申請(qǐng)的權(quán)益，所述申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 示例實(shí)施例涉及一種行走輔助機(jī)器人和控制行走輔助機(jī)器人的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 行走輔助裝置可幫助行走有困難的用戶，進(jìn)而讓該用戶更容易行走。由于先天原 因（諸如遺傳缺陷）或后天原因（諸如年齡、疾病、事故等），人們可能行走有困難。提供行 走輔助裝置W減輕該種行走困難。
[0004] 行走輔助裝置的示例包括行走輔助車(chē)和行走輔助機(jī)器人，其中，行走輔助車(chē)設(shè)置 有至少一個(gè)輪子和支撐板，行走輔助機(jī)器人通過(guò)在行走期間將所需要的力施加到人體的肌 肉來(lái)幫助用戶行走。
[000引行走輔助機(jī)器人可固定在人體的臀部、大腿、小腿等，并通過(guò)經(jīng)由致動(dòng)器和各種機(jī) 械將力（例如，力矩）施加到肌肉和關(guān)節(jié)來(lái)幫助肌肉和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而幫助穿戴者更容易行 走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，一些示例實(shí)施例提供一種可適當(dāng)和有效地幫助用戶行走的行走輔助機(jī)器人 W及一種控制行走輔助機(jī)器人的方法。
[0007] 示例實(shí)施例將部分地在W下的描述中闡述，并且從所述描述中部分將是清楚的， 或通過(guò)所述示例實(shí)施例的實(shí)踐可被獲知。
[0008] -些示例實(shí)施例涉及一種行走輔助機(jī)器人。
[0009] 在一些示例實(shí)施例中，行走輔助機(jī)器人包括：至少一個(gè)關(guān)節(jié)；動(dòng)作信息收集單元， 用于感測(cè)或測(cè)量所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作；處理單元，用于基于感測(cè)或測(cè)量到的所述至少 一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作來(lái)確定所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作狀態(tài)，并基于與所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作 狀態(tài)有關(guān)的被確定的結(jié)果來(lái)控制行走輔助機(jī)器人。
[0010] 一些示例實(shí)施例涉及一種控制行走輔助機(jī)器人的方法。
[0011] 在一些示例實(shí)施例中，所述方法包括；通過(guò)感測(cè)或測(cè)量至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作來(lái)收 集動(dòng)作信息；基于收集到的動(dòng)作信息來(lái)確定所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作狀態(tài)；基于所確定的 所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作狀態(tài)來(lái)控制行走輔助機(jī)器人。
[0012] 一些示例實(shí)施例涉及一種控制行走輔助裝置的至少一個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)的方法。
[0013] 在一些示例實(shí)施例中，所述方法包括；檢測(cè)行走輔助裝置的所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的 動(dòng)作；基于所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作來(lái)確定行走輔助裝置的當(dāng)前行走階段，其中，當(dāng)前行走 階段是與行走操作相關(guān)的多個(gè)行走階段中的一個(gè)；基于當(dāng)前行走階段將輔助力矩施加到和 所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)相關(guān)的肢體。
[0014] 在一些示例實(shí)施例中，輔助力矩包括主動(dòng)分量、阻尼分量和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償分量中的一 個(gè)或更多個(gè)。
[0015] 在一些示例實(shí)施例中，所述方法還包括；連續(xù)確定所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)是正將正功 施加到肢體W使肢體加速，還是正將負(fù)功施加到肢體W使肢體減速；如果所述至少一個(gè)關(guān) 節(jié)正將正功施加到肢體，則調(diào)整輔助力矩的主動(dòng)分量來(lái)增加被施加到肢體的輔助力矩；女口 果所述至少一個(gè)關(guān)節(jié)正將負(fù)功施加到肢體，則調(diào)整輔助力矩的阻尼分量來(lái)減小被施加到肢 體的輔助力矩。
[0016] 在一些示例實(shí)施例中，調(diào)整主動(dòng)分量的步驟包括：基于力矩變化模式來(lái)確定主動(dòng) 分量，其中，力矩變化模式基于先前觀察到的關(guān)節(jié)的動(dòng)作被計(jì)算；調(diào)整阻尼分量的步驟包 括：基于關(guān)節(jié)的角速度來(lái)確定阻尼分量，使得行走輔助裝置的行走速度被保持在闊值W上。
[0017] 在一些示例實(shí)施例中，行走輔助裝置被配置為由用戶穿戴，并且調(diào)整主動(dòng)分量的 步驟包括：確定用戶和行走輔助裝置是否正一致地行走，并且如果行走輔助裝置和用戶未 一致地行走，則增加主動(dòng)分量。
[0018] 在一些示例實(shí)施例中，所述方法還包括；基于關(guān)于在先前行走狀態(tài)改變時(shí)的時(shí)間 的時(shí)間信息、關(guān)于力矩變化位置的力矩變化位置信息W及關(guān)于在當(dāng)前行走狀態(tài)下的最大關(guān) 節(jié)力矩的信息，確定與當(dāng)前行走階段相關(guān)的力矩變化模式；基于力矩變化模式在當(dāng)前行走 階段施加輔助力矩，使得輔助力矩按照時(shí)間的函數(shù)變化，并且使輔助力矩小于或等于與當(dāng) 前行走階段相關(guān)的最大關(guān)節(jié)力矩。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 從W下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，示例實(shí)施例的該些和/或其他方面將變得清楚 和更易于理解，其中：
[0020] 圖1是示出行走輔助機(jī)器人的一個(gè)實(shí)施例的前視圖；
[0021] 圖2是示出行走輔助機(jī)器人的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0022] 圖3是示出行走輔助機(jī)器人的一個(gè)實(shí)施例的配置的示圖；
[0023] 圖4和圖5是行走模型的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0024] 圖6是力矩變化模式的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[00巧]圖7是計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)信息的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0026] 圖8是示出控制行走輔助機(jī)器人的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0027] 圖9是示出估計(jì)行走輔助機(jī)器人的關(guān)節(jié)動(dòng)作的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 在此公開(kāi)詳細(xì)的說(shuō)明性實(shí)施例。然而，在此公開(kāi)的具體的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅是代 表性的，用于描述示例實(shí)施例的目的?？啥喾N替換方式來(lái)實(shí)現(xiàn)示例實(shí)施例，并且示例性 實(shí)施例不應(yīng)被解釋為僅受限于在此闡述的示例實(shí)施例。
[0029] 然而，應(yīng)理解的是，不意圖將本公開(kāi)限制于所公開(kāi)的特定示例實(shí)施例。相反，示例 實(shí)施例將覆蓋所有落在示例實(shí)施例的范圍內(nèi)的修改、等同物和替代物。相同的標(biāo)號(hào)在附圖 的描述中始終指示相同元件。
[0030] 將理解的是，雖然術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"等可在此被用于描述各種元件，但是該些元 件不應(yīng)被該些術(shù)語(yǔ)限制。該些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一元件區(qū)分開(kāi)。例如，在不脫離本 公開(kāi)的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，類似地，第二元件可被稱為第一元件。 如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任意組合和所有組合。
[0031] 將理解的是，當(dāng)元件被稱為"連接到"或"禪接到"另一元件時(shí)，所述元件可直接連 接到或禪接到所述另一元件，或存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為"直接連接到"或"直接 禪接到"另一元件時(shí)，不存在中間元件。應(yīng)W相同的方式解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其 他詞語(yǔ)（例如，"在…之間"對(duì)于"直接在…之間"，"相鄰"對(duì)于"直接相鄰"等）。
[0032] 在此使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而不意圖進(jìn)行限制。如在此所使 用的，除非上下文另有明確指示，否則單數(shù)形式還意圖包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在 此使用術(shù)語(yǔ)"包括"和"包含"時(shí)，表示陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存 在，不排除存在或添加一個(gè)或更多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的 組合。
[0033] 還應(yīng)注意的是，在一些可選的實(shí)現(xiàn)中，功能/動(dòng)作可能不按數(shù)字指出的順序發(fā)生。 例如，依據(jù)有關(guān)的功能/動(dòng)作，連續(xù)示出的兩副圖事實(shí)上可基本同時(shí)執(zhí)行，或有時(shí)可相 反順序執(zhí)行。
[0034] 現(xiàn)在將參照示出一些示例實(shí)施例的附圖更全面地描述各種示例實(shí)施例。在附圖 中，為了清楚，層的厚度和區(qū)域被夸大。
[00巧]在下文中，將參照?qǐng)D1至圖6描述行走輔助機(jī)器人的一些示例實(shí)施例。
[0036] 圖1和圖2分別是示出行走輔助機(jī)器人的一些示例實(shí)施例的前視圖和側(cè)視圖，圖 3是示出行走輔助機(jī)器人的一些示例實(shí)施例的配置的示圖。
[0037] 如圖1至圖3中所示，行走輔助機(jī)器人1可包括行走輔助裝置2和主體裝置10,其 中，行走輔助裝置2被固定到穿戴者的腿或腳的一部分或全部W幫助穿戴者行走，主體裝 置10用于控制輔助行走裝置2和/或收集各種信息。
[003引如圖1和圖2中所示的行走輔助裝置2可包括第一結(jié)構(gòu)20、第二結(jié)構(gòu)30和第H結(jié) 構(gòu)40中的至少一個(gè)。在W下對(duì)行走輔助機(jī)器人1的描述中，為了解釋清楚起見(jiàn)，將描述包 括全部的第一結(jié)構(gòu)20、第二結(jié)構(gòu)30和第H結(jié)構(gòu)40的行走輔助機(jī)器人1的示例實(shí)施例。然 而，行走輔助機(jī)器人1可不包括全部的前述的第一結(jié)構(gòu)20、第二結(jié)構(gòu)30和第H結(jié)構(gòu)40,而 是可僅包括第一結(jié)構(gòu)20、第二結(jié)構(gòu)30和第H結(jié)構(gòu)40中的一部分，例如，行走輔助機(jī)器人1 可僅包括第一結(jié)構(gòu)20。主體裝置10、第一結(jié)構(gòu)20、第二結(jié)構(gòu)30 W及第H結(jié)構(gòu)40之間的接 合處可被稱為行走輔助機(jī)器人的關(guān)節(jié)。
[0039] 根據(jù)一些示例實(shí)施例，行走輔助裝置2可包括單個(gè)第一結(jié)構(gòu)20、單個(gè)第二結(jié)構(gòu)30 和單個(gè)第H結(jié)構(gòu)40,使得穿戴者可在左腿和右腿中的任意一個(gè)上穿戴第一結(jié)構(gòu)20、第二結(jié) 構(gòu)30和第H結(jié)構(gòu)40之一。根據(jù)其他示例實(shí)施例，如圖1中所示，行走輔助裝置2可被配置 為穿戴在穿戴者的左腿和右腿兩者上，并因此，行走輔助裝置2可包括第一結(jié)構(gòu)20和20a 對(duì)、第二結(jié)構(gòu)30和30a對(duì)W及第H結(jié)構(gòu)40和40a對(duì)。在行走輔助裝置2包括第一結(jié)構(gòu)20 和20a對(duì)、第二結(jié)構(gòu)30和30a對(duì)W及第H結(jié)構(gòu)40和40a對(duì)的情況下，結(jié)構(gòu)20和20a對(duì)、結(jié) 構(gòu)30和30a對(duì)或結(jié)構(gòu)40和40a對(duì)的功能或操作除了不同的驅(qū)動(dòng)方向外可基本相同。同樣 地，根據(jù)其他示例實(shí)施例，在行走輔助裝置2中，可成對(duì)地提供結(jié)構(gòu)20至40中的一部分。例 女口，行走輔助裝置2可包括第一結(jié)構(gòu)20和20a對(duì)、單個(gè)第二結(jié)構(gòu)30和單個(gè)第H結(jié)構(gòu)40。
[0040] 在下文中，將參照第一結(jié)構(gòu)20至第H結(jié)構(gòu)40中的結(jié)構(gòu)被單個(gè)地提供的情況來(lái)描 述示例實(shí)施例，然而，示例實(shí)施例基本上同樣適用于每個(gè)結(jié)構(gòu)被成對(duì)地提供的情況。
[0041] 對(duì)于行走動(dòng)作，第一結(jié)構(gòu)20可幫助穿戴者的大腿和髓關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。第一結(jié)構(gòu)20可 包括至少一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)單元21和至少一個(gè)第一支撐部件22。
[0042] 第一驅(qū)動(dòng)單元21可響應(yīng)于從主體裝置10的處理單元17發(fā)送的控制指令或通過(guò) 致動(dòng)器18的驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生各種大小的力矩，并可將力矩施加到第一支撐部件22。第一驅(qū)動(dòng)單 元21可將固定或可變力矩施加到第一支撐部件22。第一驅(qū)動(dòng)單元21可在將各種大小的力 矩施加到第一支撐部件22時(shí)沿至少一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。第一驅(qū)動(dòng)單元21的旋轉(zhuǎn)范圍可在穿戴 者的髓關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)。
[0043] 根據(jù)一些示例實(shí)施例，第一驅(qū)動(dòng)單元21可包括使用從例如主體裝置10的電源16 供給的電力來(lái)產(chǎn)生各種大小的力矩的至少一個(gè)電機(jī)。所述至少一個(gè)電機(jī)可W是具有編碼器 的電機(jī)。根據(jù)其他示例實(shí)施例，第一驅(qū)動(dòng)單元21可包括通過(guò)從主體裝置10供給的電力、液 壓或氣壓運(yùn)行的至少一個(gè)活塞