用于移动机器人的控制系统和方法技术方案

一种操作外骨骼系统的方法，包括：至少从与一个或多个致动器单元相关联的传感器获得一组传感器数据；至少部分地基于所述一组传感器数据来确定动作状态；至少部分地基于所述一组传感器数据来确定所述一个或多个致动器单元的配置；至少部分地基于所确定的动作状态来生成所述一个或多个致动器单元的一个或多个参考目标；确定所述一个或多个致动器单元在一个或多个致动器单元的生成的参考目标之外；以及致使所述一个或多个致动器单元被配置为在所述一个或多个致动器单元的所生成的参考目标内。标内。标内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于移动机器人的控制系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是代理人案号为0110496
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010PR0的2020年5月27日提交的名称为“POWERED DEVICE FOR IMPROVED USER MOBIL ITY AND MEDICAL TREATMENT”的美国临时专利申请63/030,586的非临时申请，并且要求所述申请的优先权。此申请特此出于所有目的全文以引用方式并入本文。
[0003]本申请是代理人案号为0110496
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011PR0的2020年7月30日提交的名称为“POWERED DEVICE TO BENEFIT A WEARER DURINGTACTICAL APPLICATIONS”的美国临时专利申请63/058,825的非临时申请，并且要求所述申请的优先权。此申请特此出于所有目的全文以引用方式并入本文。
[0004]本申请还涉及代理人案号分别为0110496
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010US0、0110496
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012US0、0110496
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013US0、0110496
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015US0、0110496
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016US0、0110496
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017US0的名称为“POWERED MEDICAL DEVICE AND METHODS FOR IMPROVED USER MOBILITY AND TREATMENT”、“FIT AND SUSPENSION SYSTEMS AND METHODS FOR A MOBILE ROBOT”、“BATTERY SYSTEMS AND METHODS FOR A MOBILE ROBOT”、“USER INTERFACE AND FEEDBACK SYSTEMSAND METHODS FOR A MOBILE ROBOT”、“DATA LOGGING AND THIRD
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PARTY ADMINISTRATION OF A MOBILE ROBOT”和“MODULAR EXOSKELETON SYSTEMS AND METHODS”且相应的申请号为XX/YYY，ZZZ、XX/YYY，ZZZ、XX/YYY，ZZZ、XX/YYY，ZZZ、XX/YYY，ZZZ和XX/YYY，ZZZ的与本申请同日提交的美国非临时申请，这些申请特此出于所有目的全文以引用方式并入本文。
附图说明
[0005]图1是用户穿戴的外骨骼系统的实施方案的示例性图示。
[0006]图2是联接到用户的一条腿的腿致动单元的实施方案的前视图。
[0007]图3是联接到用户的腿的图3的腿致动单元的侧视图。
[0008]图4是图3和图4的腿致动单元的透视图。
[0009]图5是示出外骨骼系统的示例性实施方案的框图。
[0010]图6a示出根据一个实施方案的处于压缩配置的气动致动器的侧视图。
[0011]图6b示出处于膨胀配置的图6a的气动致动器的侧视图。
[0012]图7a示出根据另一实施方案的处于压缩配置的气动致动器的横截面侧视图。
[0013]图7b示出处于膨胀配置的图7a的气动致动器的横截面侧视图。
[0014]图8a示出根据另一实施方案的处于压缩配置的气动致动器的俯视图。
[0015]图8b示出处于膨胀配置的图8a的气动致动器的俯视图。
[0016]图9示出根据一个实施方案的气动致动器约束肋的俯视图。
[0017]图10a示出低级控制方法的示例性实施方案。
[0018]图10b示出用于确定穿戴外骨骼系统的用户的预期动作状态的方法的示例性实施方案。
[0019]图11a示出生成参考目标的方法的示例性实施方案。
[0020]图11b示出生成第一腿致动器单元和第二腿致动器单元的协同参考目标的方法的实施方案。
[0021]图12a示出根据另一实施方案的气动致动器波纹管的横截面视图。
[0022]图12b示出处于膨胀配置的图12a的气动致动器的侧视图，其示出图12a的横截面。
[0023]图13示出示例性平面材料，所述平面材料沿着平面材料的一个或多个平面轴是基本上不可伸展的，而在其他方向上是柔性的。
[0024]应注意，附图不是按比例绘制的，并且在整个附图中出于说明性目的，具有类似结构或功能的元件一般由相同附图标号表示。还应注意，附图仅意图促进对优选实施方案的描述。附图未示出所描述实施方案的每个方面，并且不限制本公开的范围。
具体实施方式
[0025]以下公开内容还包括新颖的外骨骼装置的设计的示例性实施方案。各种优选实施方案包括：具有集成致动装置的腿支架(brace)；移动电源；以及实时确定装置的输出行为的控制单元。
[0026]外骨骼系统的存在于各种实施方案中的部件是随身穿戴式下肢支架，所述随身穿戴式下肢支架并入向用户引入扭矩的能力。此部件的一个优选实施方案是腿支架，所述腿支架被配置为支撑用户的膝盖，并且包括跨膝关节的致动装置以在伸展方向上提供辅助扭矩。此实施方案可通过一系列附接件(包括在靴子上、在膝盖以下以及沿着用户大腿的附接件)连接到用户。此优选实施方案可包括在用户的双腿上的这种类型的腿支架。
[0027]本公开教导包括一个或多个可调整流体致动器的流体外骨骼系统的示例性实施方案。一些优选实施方案包括流体致动器，所述流体致动器可在可与人体上的关节一起定向的配置中在各种压力水平下以大行程长度操作。
[0028]各种实施方案的另一部件是控制软件和相关联的操作方法。此软件可由一系列算法构成，所述一系列算法解译来自外骨骼系统的传感器信号以作出如何最佳地操作外骨骼系统以向用户提供期望益处的决策。在下文描述的特定实施方案不应用于暗示对可应用于此类系统的传感器的限制。虽然一些实施方案可能需要特定信息来指导决策，但这并不产生电动外骨骼将需要的明确的一组传感器。
[0029]控制软件和相关联的方法的一个方面可以是对腿支架和电力供应部件的操作控制以提供期望的响应。操作控制软件可存在各种职责。第一个职责可以是低级控制，其可负责针对腿支架和功率源的操作产生所需基线反馈。第二个职责可以是意图辨识，其可负责识别用户的预期动作。第三个职责可以是参考生成，其可负责选择外骨骼系统应生成以最好地辅助用户的期望的力和扭矩。应注意，用于描绘操作控制软件的职责的此示例性架构仅用于描述目的，并且绝非限制可在所述系统上部署的具体软件方法。
[0030]操作控制软件的各种实施方案的职责是对所述系统的低级控制和通信。这可按照如由用户的特定关节和需求所期望的多种方法来实现，或者至少部分地基于所述特定关节和/或需求来实现。在优选实施方案中，操作控制被配置为在用户关节处提供期望扭矩。在此实施方案中，所述系统可产生低级反馈，以依据来自所述系统的传感器反馈实现期望的关节扭矩。各种实施方案可包括但不限于以下各项：电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作外骨骼系统的方法，所述方法包括：在外骨骼装置处至少从与分别联接到用户的左腿和右腿的左腿致动器单元和右腿致动器单元相关联的传感器获得一组传感器数据，所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元各自包括：上臂和下臂，所述上臂和所述下臂经由关节可旋转地联接，所述关节定位在所述用户的膝盖处，其中所述上臂在所述膝盖上方围绕所述用户的大腿部分联接，并且其中所述下臂在所述膝盖下方围绕所述用户的小腿部分联接，以及流体波纹管致动器，所述流体波纹管致动器在所述上臂与所述下臂之间延伸；由所述外骨骼装置至少部分地基于所述一组传感器数据来确定所述用户的预期动作状态；由所述外骨骼装置至少部分地基于所述一组传感器数据来确定所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的配置；由所述外骨骼装置至少部分地基于所述一组传感器数据和所述用户的所确定的预期动作来确定所述左腿致动器单元的单独的左腿状态；由所述外骨骼装置至少部分地基于所述一组传感器数据和所述用户的所确定的预期动作来确定所述右腿致动器单元的单独的右腿状态；由所述外骨骼装置至少部分地基于所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的所确定的单独的左腿状态和单独的右腿状态并且至少部分地基于所确定的预期动作状态来生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的协同参考目标；由所述外骨骼装置确定所述左腿致动器单元在所述左腿致动器单元的生成的参考目标之外；由所述外骨骼装置响应于确定所述左腿致动器单元在所述左腿致动器单元的所生成的参考目标之外而致使气动系统改变或维持与所述左腿致动器单元的所述流体波纹管致动器相关联的流体压力，以致使所述左腿致动器单元在所述左腿致动器单元的所生成的参考目标内；由所述外骨骼装置确定所述右腿致动器单元在所述右腿致动器单元的生成的参考目标之外；以及由所述外骨骼装置响应于确定所述右腿致动器单元在所述右腿致动器单元的所生成的参考目标之外而致使所述气动系统改变或维持与所述右腿致动器单元的所述流体波纹管致动器相关联的流体压力，以致使所述右腿致动器单元在所述右腿致动器单元的所生成的参考目标内。2.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，其中生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的协同参考目标是进一步至少部分地基于用户选定的动作风格设置、能力设置、期望的辅助设置或技能设置，并且其中生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的所述协同参考目标包括基于所述用户选定的动作风格设置、能力设置、期望的辅助设置或技能设置来按比例放大或缩小所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的所述协同参考目标的量值。3.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，其中确定所述预期动作状态包括至少部分地基于所述一组传感器数据来识别行走动作，并且
其中响应于识别出所述行走动作，生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的所述协同参考目标包括生成自由参考目标，其中所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元被配置为用于只要所述行走动作被识别为存在就在膝盖上维持零扭矩。4.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，其中确定所述预期动作状态包括至少部分地基于所述一组传感器数据来识别行走动作；并且所述方法还包括响应于识别出所述行走动作，识别所述用户的行走步态的多个阶段，以在所述用户的第一条腿的起步阶段期间向所述第一条腿提供辅助。5.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，其还包括至少部分地基于所述一组传感器数据来确定与所述外骨骼系统所在的地形相关联的坡度值，并且其中生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的所述协同参考目标是进一步至少部分地基于所确定的坡度值。6.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，其中确定所述预期动作状态包括：至少部分地基于所述一组传感器数据来识别站立动作，响应于识别出所述站立动作，生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的第一组协同参考目标以向所述用户提供第一站立支持水平；确定所述站立动作已经持续了至少阈值持续时间；以及响应于确定所述站立动作已经持续了至少所述阈值持续时间，生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的第二组协同参考目标以向所述用户提供大于所述第一站立支持水平的第二站立支持水平。7.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，其中确定所述预期动作状态包括至少部分地基于所述一组传感器数据来识别跳跃动作，识别所述跳跃动作的腾空阶段，以及识别所述跳跃动作的着地阶段，并且作为响应，生成所述左腿致动器单元和所述右腿致动器单元的协同参考目标以向在所述腾空阶段之后接触地面的所述用户提供着地支持。8.如权利要求1所述的操作外骨骼系统的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：漫游机械人技术公司，
类型：发明
国别省市：