用于使用估计步态轨迹控制移动设备的方法和设备技术

用于控制移动设备的系统，包括用于分析来自移动设备上的至少一个传感器的数据的控制器，其中使用该数据以确定使用者的步态轨迹。然后使用步态数据以向移动设备上的电马达提供运动命令。供运动命令。供运动命令。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用估计步态轨迹控制移动设备的方法和设备
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2019年1月9日提交的美国临时申请62/790,412号在35U.S.C.
§
119条下的权益，其通过引用并入本文。关于联邦资助研究的声明
[0002]不适用。


[0003]本专利技术涉及移动设备。更具体地，本专利技术涉及控制移动设备的控制系统和方法，该移动设备穿戴在使用者的脚上以提供移动辅助。

技术介绍

[0004]无论是通过汽车、公共汽车、火车还是其他方式出行，通勤者和其他旅行者通常必须行走完成旅程的最后部分。根据距离的不同，完成该旅程的最后部分所需的时间可占行程的整个持续时间的显著部分。尽管先前的系统已经利用与轮式、脚穿戴式移动设备相连接的控制系统，但这些系统实施的马达控制缺乏精确性或缺乏与使用者的实际移动的协调。根本上地，这些控制系统要求使用者执行不自然和非直觉的移动以控制速率。例如，类似机动轮滑鞋的设备要求人类使用者或者前后倾斜其身体或者操作手持控制器以加速或减速。另一方面，人类作为双足行走的主体，习惯于通过调整步态，即步幅和节奏，以调整其速率、转向和爬山。因此，有利的是，开发提供改进的控制以增强步态性能的用于移动设备的控制系统。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的实施例是控制移动设备或移动设备对的系统和方法，其中在使用者的每只脚上穿戴有该对中的一个移动设备。在每个移动设备中的传感器或传感器组获得关于使用者或者附接到使用者的脚的移动设备的运动的数据，并将数据传输到处理器，该处理器可容纳在该对中的一个或两个设备中。处理器分析运动数据，以为每个移动设备开发命令。每个移动设备可包括马达、传动装置、和轮，并且其适于穿戴在使用者的脚上。在一个实施例中，移动设备穿戴在使用者的鞋上。当穿戴在使用者的脚上时，与没有移动设备的使用者的速率相比，移动设备允许使用者就给定的节奏和步幅以提高的速率行走。此外，控制系统适应于使用者，因此不要求使用者学习或其他控制输入。
附图说明
[0006]图1描绘了带有嵌入的控制器和可选的远程主开关的移动设备。
[0007]图2描绘了根据一个实施例的在移动设备对中的每个移动设备中执行的过程。
[0008]图3是根据一个实施例的控制系统的框图。
[0009]图4是示出与基线摆动距离相比较的估计摆动距离的曲线图。
[0010]图5是关于步态周期状态机的流程图。
[0011]图6是示出基线摆动距离作为过去的估计摆动距离的加权平均计算的曲线图。
[0012]图7是示出交叉腿和突然转向事件的检测的流程图。
具体实施方式
[0013]如图1中示出的，根据一个实施例，移动设备100包括多个轮101，其中轮101中的至少一个连接到电马达102。轮101可通过传动装置或带连接到马达102，替代地，可直接连接到马达102。在一个实施例中，移动设备100还可包括由柔性关节连接的后底盘和前底盘，以在行走时使得使用者的脚能够正常弯曲。在典型使用期间，使用者将穿戴两个移动设备100，每只脚上一个。当轮101与地面接触时，移动设备100通过向轮101中的至少一个增加扭矩而使得行人能够以比正常行走步速更快地行走。以这种方式，使用者体验到类似于在自动人行道上行走的效果。
[0014]图1中进一步示出的是装载的控制器111，其通过使马达102的控制适应于使用者的移动而使得使用者能够保持正常的行走运动。如将更详细地讨论的，通过由马达102施加的扭矩，轮101的旋转的速率部分地通过对使用者的运动或步态的分析控制。在一些实施例中，就由使用者穿戴的设备100的对的运动进行一起分析，以提供比单个脚的控制方法更好的控制。
[0015]在一个实施例中，装载的控制器111的组件可包括至少一个惯性测量单元或其他传感器113、处理器、马达驱动器、和无线通信模块。在本公开中，包括驱动器和模块的控制器111和控制器111的组件可包括微型计算机、微处理器、微控制器、专用集成电路、可编程逻辑阵列、逻辑器件、算术逻辑单元、数字信号处理器、或其他数据处理器以及支持的电子硬件和软件。此外，控制器111的组件可是独立单元或者可集成为控制器111的部分。在一个实施例中，系统包括两个装载的控制器111，或者每个移动设备一个控制器111(即，使用者的每只脚一个)。然而，在替代实施例中，可使用单个控制器111。在使用单个控制器111的实施例中，来自设备对中的每个设备100中的惯性测量单元113的数据可无线发送到单个控制器111。
[0016]控制器111用于收集数据并分析使用者的步态或行走运动并生成运动命令。例如，装载的处理器读取运动数据，该运动数据可包括来自惯性测量单元113的移动设备100的加速度、角速度、定向、陀螺仪数据、或四元数数据。基于该数据，控制器111将根据本文中讨论的控制方法生成运动命令。运动命令包括，例如，加速到设定速率、制动、减速到设定速率、以及保持在恒定速率。一旦接收到运动命令，装载的处理器与马达驱动器一起将运动命令转换为马达驱动信号并驱动马达系统102，由此影响轮101的速率。在一个实施例中，马达驱动器接收速率命令并经由反馈回路控制以命令速率驱动马达102。
[0017]图2中示出的图描绘了根据一个实施例的运动控制方法，其中移动设备100以从/主配置操作，该方法包括：在步骤301处接受来自传感器113的运动动态数据，在步骤302处估计步态轨迹，在步骤303处计算参考加速度，在步骤304处计算参考速度，并在步骤305处命令移动设备100达到参考速度。前述步骤应用于移动设备100的对中的第一移动设备100，或主移动设备。第二移动设备称为从移动设备，并且使用类似的方法，但是从主移动设备接收命令速度。通过使用主/从配置，可避免两个移动设备100之间的不一致。然而，在替代实
施例中，该对中的每个移动设备100作为“主”移动设备操作或者可独立控制。
[0018]更详细地，在步骤301中，控制器111从惯性测量单元或其他传感器113采样运动数据。数据可包括加速度和陀螺仪速率和定向数据，以及来自马达电流的扭矩指示。接下来，在步骤302中，控制器111估计步态轨迹，其可包括三个维度上的摆动速度和距离。在该步骤期间，使用站姿(stance)检测过程以确定单个设备100是否处于步态周期的站姿或摆动阶段。可使用两种方法检测站姿。
[0019]对于第一站姿检测方法，在一段时间上分析三个子步骤的结果以确定步态阶段。在第一个子步骤中，就步态阶段的似然性在线性化加速度阵列和陀螺仪组上运行广义似然性比测试。接下来，在第二子步骤中，将多个维度上的角速度数据与预定义的阈值进行比较。如果所有角速度都低于阈值，则设备100可能处于站姿阶段。在第三子步骤中，将马达电流与阈值进行比较。高于阈值电流意味着站姿阶段的可能性。相反，低于阈值的马达电流指示摆动阶段，因为没有来自路面的施加到轮的力。如果所有三个子步骤指示设备100处于站姿阶段达一段时间(例如，大约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.控制移动设备对的方法，每个所述移动设备具有电马达、连接到所述马达的至少一个轮、和传感器，所述方法包括：接收至少来自第一移动设备中的第一传感器或第二移动设备中的第二传感器的数据；估计步态轨迹；计算参考加速度；基于所述参考加速度和由步态状态机确定的步态阶段计算参考速度；并且命令所述第一移动设备和所述第二移动设备中的每个达到所述参考速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一传感器或所述第二传感器是惯性测量单元。3.根据权利要求1所述的方法，其中估计步态轨迹包括：将步态阶段识别为站姿或者摆动；通过加速度的积分确定摆动速度，其中，使用卡尔曼滤波器以通过以误差项补偿摆动速度速度以获得校正摆动速度；通过所述校正摆动速度的积分确定摆动距离，其中，确定所述摆动速度和确定所述摆动距离仅发生在所述摆动阶段期间。4.根据权利要求3所述的方法，其中识别所述步态阶段包括：就步态阶段的似然性在线性化加速度阵列和陀螺仪组上运行广义似然性比测试；将在至少一个维度上的角速度与角速度阈值进行比较；并且将所述马达的电流与电流阈值进行比较。5.根据权利要求3所述的方法，其中，识别所述站姿阶段包括：将翻滚角速度和偏航角速度中的至少一个与速度阈值进行比较；识别俯仰角速度是否在预定义的范围内；并且将所述马达的电流与电流阈值进行比较。6.根据权利要求1所述的方法，其中，计算参考加速度包括：通过减去阻力常数并乘以比例增益而归一化在所述步态轨迹中识别的摆动速度；确定摆动距离差为在估计摆动距离与基线摆动距离之间的差；并且计算所述参考加速度为所述摆动距离差和归一化的摆动速度的积。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基线摆动距离是预确定的值。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基线摆动距离估计自先前的估计摆动距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恂杰，
申请(专利权)人：瞬动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：