【技术实现步骤摘要】
本申请为分案申请，原申请的申请日为2018年11月08日、申请号为201880072493.6、专利技术名称为“外骨骼系统、控制装置和方法”。本专利技术涉及穿戴式辅助系统的领域和尤其是内/外骨骼系统、控制装置和方法。
技术介绍
1、外骨骼由现有技术已知。
2、这种外骨骼通常是外部的支撑结构，此外是护甲，其可以例如借助由伺服电机驱动的关节支撑或增大穿戴者的运动。人造外骨骼例如早已在医学中用作矫形器。本公开涉及一种人造内和/或外骨骼。
3、外骨骼的有利的应用领域包括医学应用、工业应用以及军事应用。在医学领域中，外骨骼尤其应用在康复机器人的领域中，并且用于为身体缺陷提供支撑。在工业和军事领域中，外骨骼应该提高使用者的能力，尤其增大其力量例如用于抬高和运输更重的负载，以及提高使用者的耐力。形式为外骨骼套装的外骨骼的示例是日本tsukuba大学和机器人公司cyberdyne inc.的hal(hybrid assistive limb，混合辅助肢体)。由文献ep 3173191 a2已知了用于估计机器人助行器的姿势的方法。此外，由us 9655805 b2已知了行走辅助机器人和附属的控制方法。
4、挑战是对外骨骼的机械设计进行设计，从而使外骨骼的运动与使用者的运动相一致。优选地，外骨骼匹配于使用者的身体，从而使外骨骼的关节布置在使用者的关节附近。hernandez等人在“refinement of exoskeleton design using multibody modelling:anovervi
5、对已知的外骨骼的控制可以以两种方式和方法进行。首先，外骨骼可以跟随由使用者预设的运动。为此可以检测使用者的运动期望。在外骨骼的关节中的压力传感器或转矩传感器例如可以检测使用者的运动，并且使外骨骼跟随该运动。备选地可以设置emg(肌电图)传感器，其检测肌肉或肌肉群的激活。外骨骼可以实施相应于肌肉的激活的运动。因此，使用者的运动或运动期望单独控制外骨骼。
6、其次，尤其在康复医学的领域中，外骨骼可以给使用者预设预先定义的运动。由此可以重新学习例如由于中风而丧失的运动过程。
7、现有的外骨骼系统的缺点是相对不精密的控制。专利技术人认识到，当多个人员(其分别穿戴外骨骼)共同工作时，这尤其是有问题的。第一解决方案现在是，改进用于检测使用者的运动期望的传感器，并且因此能够实现分别更精密地控制各个外骨骼。
技术实现思路
1、基于该背景，本专利技术的任务在于，提供一种改进的外骨骼系统。尤其期望的是，进一步改进人和外骨骼的共同作用。
2、根据本公开的第一方面，因此提出了提供一种外骨骼系统，该外骨骼系统具有：
3、-第一外骨骼单元，用于支撑第一身体部分；
4、-第二外骨骼单元，用于支撑第二身体部分；和
5、-控制装置；
6、其中控制装置构造用于基于调节模型控制第一外骨骼单元和/或第二外骨骼单元，其中调节模型基于多体系统，多体系统(至少部分)模型化(或塑造)
7、-第一外骨骼单元，
8、-第二外骨骼单元，和
9、-第一和/或第二身体部分；并且其中第一外骨骼单元和第二外骨骼单元相互机械去耦。
10、根据本公开的第二方面提出了，提供一种用于控制外骨骼系统的第一和/或第二外骨骼单元的控制装置，其中外骨骼系统具有用于支撑第一身体部分的第一外骨骼单元和用于支撑第二身体部分的第二外骨骼单元；
11、其中控制装置构造用于，基于调节模型控制第一外骨骼单元和/或第二外骨骼单元，其中调节模型基于多体系统，多体系统模型化
12、-第一外骨骼单元，
13、-第二外骨骼单元，和
14、-第一和/或第二身体部分；
15、其中第一外骨骼单元和第二外骨骼单元相互机械去耦。
16、根据本公开的第三方面提出了，提供一种用于控制外骨骼系统的第一和/或第二外骨骼单元的方法，其中外骨骼系统具有用于支撑第一身体部分的第一外骨骼单元和用于支撑第二身体部分的第二外骨骼单元；其中第一外骨骼单元和第二外骨骼单元相互机械去耦；其中该方法具有如下步骤：
17、-确定调节模型，其中调节模型基于多体系统，多体系统模型化第一外骨骼单元、第二外骨骼单元和第一和/或第二身体部分；并且
18、-基于调节模型控制第一外骨骼单元和/或第二外骨骼单元。
19、根据本公开的另外的方面提出了，提供一种具有程序代码的计算机程序或计算机程序产品，程序代码设计用于当计算机程序产品在数据处理装置上实施时实施这种方法。
20、当多个使用者(其分别穿戴外骨骼或外骨骼单元)共同工作时，所提出的解决方案尤其是有利的。替代可能的误差(其在通过相应的使用者单独控制不同的外骨骼单元时产生)在误差传播的范围内相加地，可以基于多体系统进行全面的调节。可选地在考虑到边缘条件、如外骨骼单元的负载状态的情况下，例如可以实现在多个参与的人员和其外骨骼单元之间的补偿的负载分布。
21、专利技术人认识到，替代如在现有技术中那样耗费地改进用于检测使用者的运动期望的传感器，并且因此仅能够实现对相应各个外骨骼单元的更精密的控制地，可以通过全面考虑和控制作为多体系统来进一步改进多个外骨骼单元的共同作用。
22、外骨骼系统具有用于支撑第一身体部分的第一外骨骼单元和用于支撑第二身体部分的第二外骨骼单元。第一外骨骼单元例如可以是第一使用者的外骨骼，并且第二外骨骼单元例如可以是第二使用者的外骨骼。第一外骨骼单元和第二外骨骼单元在此优选相互机械去耦。换言之，第一外骨骼单元和第二外骨骼单元可以是单独的外骨骼单元。外骨骼单元尤其没有直接或间接通过另外的构件相互耦合。尤其没有通过机械耦合进行力传递。因此确保了高程度的灵活性。
23、然而，提出了一种综合控制装置，其构造用于基于(适应性的)调节模型控制第一外骨骼模块和/或第二外骨骼模块，其中调节模型基于多体系统，多体系统至少部分模型化第一外骨骼单元和第二外骨骼单元以及优选还有第一和/或第二身体部分。通过将相互机械去耦的第一和第二外骨骼单元模型化为共同的多体系统的组成部分，在控制第一和/或第二外骨骼单元时分别可以考虑到其他的单元的状态。可选地，此外以如下方式改进控制，即还考虑到多体系统中的第一和/或第二身体部分，用于进行控制的调节模型基于该多体系统。换言之，第一和/或第二身体部分与第一外骨骼单元和第二外骨骼单元一起可以是一种混合件，该混合件在基于模型的调节的范围内以控制为基础。
24、在本公开的范围内，外骨骼系统理解为用于支撑一个或多个使用者的机械活动的穿戴式的人造支撑系统。在本公开的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.外骨骼系统(1)，具有：
2.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其中，由第一外骨骼单元(11)支撑的第一身体部分(21)是第一使用者(2)的身体部分；并且其中由第二外骨骼单元(12)支撑的第二身体部分(22)是第二使用者(3)的身体部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述第一外骨骼单元(11)具有用于支撑第一身体部分(21)的第一执行器(16)，并且所述第二外骨骼单元(12)具有用于支撑第二身体部分(22)的第二执行器(17)；并且其中控制装置(30)构造用于，基于调节模型(31)控制第一外骨骼单元的第一执行器(16)和/或第二外骨骼单元的第二执行器(17)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，基于关于第一外骨骼单元(11)、第二外骨骼单元(12)和第一和/或第二身体部分(22)的信息(11’、12’、21’、21’)自动建立调节模型(31)连同多体系统(32)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，此外具有用于检测第一外骨骼单元(11)与第二外骨骼
6.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，此外适应性地基于至少一个情境参数(33)建立调节模型(31)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，适应性地基于第一和/或第二外骨骼单元(11、12)的使用者(2、3)的生理状态(34)建立调节模型(31)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，适应性地基于至少一个环境参数(35)建立调节模型(31)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，适应性地基于待解决的任务(36)建立调节模型(31)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，根据待解决的任务(36)和/或基于多体系统(32)的状态修正用于控制第一和/或第二外骨骼单元(11、12)的控制信号(41)，所述控制信号通过使用者(2、3)与第一和/或第二外骨骼单元(11、12)的相互作用导致。
11.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，确定第一和/或第二外骨骼单元(11、12)的技术完整性(37)，并且此外适应性地基于技术完整性建立调节模型(31)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其特征在于，第一外骨骼单元(11)和第二外骨骼单元(12)具有用于与控制装置(30)通信的通信装置。
13.控制装置(30)，用于控制外骨骼系统(1)的第一和/或第二外骨骼单元(11、12)，其中所述外骨骼系统具有用于支撑第一身体部分(21)的第一外骨骼单元(11)和用于支撑第二身体部分(22)的第二外骨骼单元(12)；
14.用于控制外骨骼系统(1)的第一和/或第二外骨骼单元(11、12)的方法(100)，其中所述外骨骼系统具有用于支撑第一身体部分(21)的第一外骨骼单元(11)和用于支撑第二身体部分(22)的第二外骨骼单元(12)；其中所述第一外骨骼单元和所述第二外骨骼单元相互机械去耦；其中所述方法具有随后的步骤：
15.具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码设计用于，当计算机程序产品在数据处理装置上实施时，实施根据权利要求14所述的方法(100)。
...【技术特征摘要】
1.外骨骼系统(1)，具有：
2.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其中，由第一外骨骼单元(11)支撑的第一身体部分(21)是第一使用者(2)的身体部分；并且其中由第二外骨骼单元(12)支撑的第二身体部分(22)是第二使用者(3)的身体部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述第一外骨骼单元(11)具有用于支撑第一身体部分(21)的第一执行器(16)，并且所述第二外骨骼单元(12)具有用于支撑第二身体部分(22)的第二执行器(17)；并且其中控制装置(30)构造用于，基于调节模型(31)控制第一外骨骼单元的第一执行器(16)和/或第二外骨骼单元的第二执行器(17)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，基于关于第一外骨骼单元(11)、第二外骨骼单元(12)和第一和/或第二身体部分(22)的信息(11’、12’、21’、21’)自动建立调节模型(31)连同多体系统(32)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，此外具有用于检测第一外骨骼单元(11)与第二外骨骼单元(12)之间的相对位置的传感器(32)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，此外适应性地基于至少一个情境参数(33)建立调节模型(31)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，适应性地基于第一和/或第二外骨骼单元(11、12)的使用者(2、3)的生理状态(34)建立调节模型(31)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的外骨骼系统，其中，所述控制装置(30)构造用于，适应性地基于至少一个环境参数(35)建立调节模型(3...
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