CN106815857A - 行动辅助机器人的姿态估测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种行动辅助机器人的姿态估测方法，其包含：于一行动辅助机器人的左右腿髋关节与膝关节分别设置马达控制器、马达编码器与马达，于行动辅助机器人的上身躯干设置惯性传感器，马达控制器、马达编码器、马达及惯性传感器与控制单元连接；将行动辅助机器人配置于用户身上；将构成行动辅助机器人的上身躯干、二大腿、二小腿、二脚掌的长度输入控制单元，由上身躯干、二大腿、二小腿、二脚掌构成多个端点；利用惯性传感器计算上身躯干相对于一参考坐标的夹角；利用该多个马达编码器计算该多个关节的角度；以及搭配一运动模型计算各端点的空间坐标。

Description

行动辅助机器人的姿态估测方法
技术领域
本发明为一种行动辅助机器人的姿态估测方法，尤指一种利用姿态估测以进行远程服务的行动辅助机器人的姿态估测方法。
背景技术
在全球人口老年化及少子化的趋势下，许多国家因劳动力不足而延长劳动年龄，欧美日先进国家均投入机器人技术与资通讯技术整合，开发自动化应用相关工业机器人以解决缺工问题，亦开发提供动力辅助的行动辅助机器人(其中又以外骨骼机器人最为常见)，以降低劳动负担及提供老年人口更好的照护质量及行动辅助。行动辅助机器人透过感测用户的肢体动作或意向，驱动其动力***以提供人体行动时的动力辅助，增强用户的行动力量，甚至协助肢体瘫痪者重新站立行动。目前行动辅助机器人以下肢行动辅助机器人的发展及商品化最为普及，例如Argo MedicalTechnologies(以色列)所开发的RewalkTM、Ekso Bionics(美国)所开发的EksoTM、Cyberdyne(日本)所开发的HAL、ITRI(台湾)所开发的ITRI-EXO、Honda(日本)所开发的Stride Management Assist Device，用户穿戴行动辅助机器人，可搭配拐杖或其他助行装置，完成日常生活中的起身、坐下、行走、上下坡、上下楼梯等行动辅助。这类装置的用户多为行动不便的身障人士或是银发族群，在单独使用这类行动装置时，使用安全性最为重要，然而使用安全性亦是这类装置目前仍不足的技术项目。
此外，就现有专利而言，例如一种用于判断用户安全状态以驱动下一步的安全机制，其系以设置于小腿的惯性感测元件量测小腿相对于重力方向的绝对角度，结合膝关节、髋关节角度信息，获得用户姿态，并搭配设置于脚底的压力感测元件判断用户的压力中心，以用户姿态及压力中心作为判断用户是否处于安全状态以进行下一步行走。或者，另可见一种用于判断用户安全状态以驱动下一步的安全机制，其系以设置于上身躯干的角度计量测上身躯干相对于重力方向的绝对角度，以此角度判断重心是否前移以驱动下一步。
并且，于现有专利主张或公开文献中，皆未见以其所侦测的该些信息提供包括地形控制回馈、危险提示、跌倒警报/求救、运动量纪录、步行距离估测、行为监控、生活圈习惯纪录、复健策略回馈等远程服务的应用及服务。
据此可知，现有行动辅助机器人仍有许多不足尚待改善。
发明内容
在一实施例中，本发明提出一种行动辅助机器人的姿态估测方法，其包含：
于一行动辅助机器人的右腿髋关节、左腿髋关节、右腿膝关节与左腿膝关节分别设置一马达控制器、一马达编码器与一马达，于该行动辅助机器人的上身躯干设置一惯性传感器，陔多个马达控制器、该多个马达编码器、该多个马达、以及该惯性传感器与一控制单元连接；
将该行动辅助机器人配置于一用户身上；
配置于该用户身上的该行动辅助机器人的该上身躯干相对一参考坐标形成一夹角，且各该关节分别形成一角度；
将构成该行动辅助机器人的该上身躯干、二大腿、二小腿、二脚掌的长度输入该控制单元，该上身躯干、该二大腿、该二小腿、该二脚掌构成多个端点；
利用该惯性传感器计算该上身躯干相对于该参考坐标的夹角；
利用该多个马达编码器计算该多个关节的角度；以及
搭配一运动模型计算该各端点的空间坐标。
附图说明
图1为本发明的行动辅助机器人的姿态估测方法流程图。
图2为应用本发明的行动辅助机器人的实施例架构示意图。
图3为本发明的行动辅助机器人的数学模型定义图。
图4为本发明的判断姿态与重心坐标是否异常的方法流程图。
【符号说明】
1-行动辅助机器人
10-骨盆
11-第一连杆
12-第二连杆
20-右腿
21-第三连杆
22-第四连杆
23-第五连杆
30-左腿
31-第六连杆
32-第七连杆
33-第八连杆
40-上身躯干
41-第九连杆
50-马达控制器
60-惯性传感器
70-马达
71-马达编码器
80-控制单元
90-行动通讯装置
120-数据库
130-云端技术
100-行动辅助机器人的姿态估测的方法流程
102～114-行动辅助机器人的姿态估测的方法流程的步骤
400-判断姿态与重心坐标是否异常的方法流程
402～412-判断姿态与重心坐标是否异常的方法流程的步骤
B-支撑平面
P1～P9-第一端点～第九端点
Pb-上身躯干端点
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明所提出的一行动辅助机器人的姿态估测方法100，其包含：
步骤102：于一行动辅助机器人的右腿髋关节、左腿髋关节、右腿膝关节与左腿膝关节分别设置一马达控制器、一马达编码器与一马达，于该行动辅助机器人的上身躯干设置一惯性传感器，该多个马达控制器、该多个马达编码器、该多个马达、以及该惯性传感器与一控制单元连接；
步骤104：将行动辅助机器人配置于一用户身上；
步骤106：配置于该用户身上的该行动辅助机器人的该上身躯干相对一参考坐标形成一夹角，且各该关节分别形成一角度
步骤108：将构成行动辅助机器人的该上身躯干、二大腿、二小腿、二脚掌的长度输入控制单元，上身躯干、二大腿、二小腿、二脚掌构成多个端点；
步骤110：利用该惯性传感器计算上身躯干相对于参考坐标的夹角；
步骤112：利用该多个马达编码器计算该多个关节的角度；以及
步骤114：搭配一运动模型计算各端点的空间坐标。
请参阅图2所示关于上述有关行动辅助机器人的具体实施例结构示意图，行动辅助机器人1包括一骨盆10、一右腿20、一左腿30与一上身躯干40。骨盆10由相互串联的一第一连杆11与一第二连杆12构成。右腿20设置于骨盆10的其中一端，右腿20由相互串联的一第三连杆21、一第四连杆22与一第五连杆23构成，第三连杆21为右大腿，第四连杆22为右小腿，第五连杆23为右脚掌，右腿20与骨盆10的连接处为右腿髋关节，第三连杆21与第四连杆22的连接处为右腿膝关节。左腿30连接于骨盆10未与右腿20连接的一端，左腿30由相互串联的一第六连杆31、一第七连杆32与一第八连杆33构成，第六连杆31为左大腿，第七连杆32为左小腿，第八连杆33为左脚掌，左腿30与骨盆10的连接处为左腿髋关节，第六连杆31与第七连杆32的连接处为左腿膝关节。上身躯干40由一第九连杆41构成，代表行动辅助机器人1的上身躯干，其一端连接于第一连杆11与第二连杆12的串联处。除了马达以外，上述各关节皆可搭配设置液压或人工肌肉致动。
于行动辅助机器人1的右腿髋关节、左腿髋关节、右腿膝关节与左腿膝关节分别设置一马达控制器50、一马达编码器71与一马达70，于该行动辅助机器人1的上身躯干40设置一惯性传感器60，该马达控制器50、马达编码器71、马达70、以及该惯性传感器60与一控制单元80连接。行动辅助机器人1连接于一行动通讯装置90，行动通讯装置90与控制单元80藉由云端技术130连接。该行动通讯装置90为具行动通讯的智能型手机、平板计算机、智能手表其中之一，且行动通讯装置90具有GPS定位功能，可提供该用户的GPS坐标，以作为该用户的行为监控，或可结合以惯性传感器60发展的室内定位技术，以作为用户行为监控。控制单元80连接一数据库120，行动辅助机器人1与数据库120之间可透过行动通讯装置90、云端技术130、控制单元80进行信息传输，可提供用户行为监控、实时救援、行走距离估测、运动量估测服务。将行动辅助机器人1配置于一用户身上并驱动，即可辅助用户行走。此外，设置一电源***(图中未示出)以提供行动辅助机器人1动力。
必须说明的是，本实施例的控制单元80是藉由无线方式连接行动辅助机器人1，然除此之外，亦可以有线方式连接行动辅助机器人1，或可将控制单元80直接安装于行动辅助机器人1上。
惯性传感器60可为加速规、陀螺仪、磁力计、角度计等感测元件的组合，透过姿态估测算法，估测用户上身躯干姿态、用户行走步数、室内定位等。例如，九轴惯性传感器(9 Degrees of Freedom Inertial MeasurementUnit，简称9D IMU)，一般指包含三轴的加速规(Accelerometer)、陀螺仪(Gyroscope)和磁力计(Magnetometer)所组合成的模块，用来估测对象的惯性运动行为，或是用来计算传感器坐标相对于一固定参考坐标的旋转矩阵。加速规是指一可以侦测到待测物体受外力所造成的加速度(Acceleration)的传感器，除了速度的变化量外也包含地球重力(Gravity)作用于待测物上的向量。陀螺仪是指一可以侦测到待测物体旋转角速度(Angular Rate)的传感器，常与加速规搭配使用，可以补偿加速规无法侦测到轴的转动惯量的不足，提高侦测维度与***频率。磁力计是指一可以侦测地球磁力(意即磁北极)向量的传感器，也就是俗称的电子罗盘，常用来做方位的判断，与加速规和陀螺仪结合可以估测出待测物的指向角(YawAngle)。
关于行动辅助机器人的数学模型定义请参阅图3所示，其系依据图2所示本发明行动辅助机器人1的架构而定义。对照图2与图3，第九连杆41与第一连杆11及第二连杆12相连接的一端定义为第一端点P1；第九连杆41相对于第一端点P1的一端定义为一上身躯干端点Pb；第三连杆21与第一连杆11连接的一端定义为一第二端点P2；第三连杆21与第四连杆22连接的一端定义为一第三端点P3；第四连杆22与第五连杆23连接的一端定义为一第四端点P4；第五连杆23相对于第四端点P4的一端定义为一第五端点P5；第六连杆31与第二连杆12连接的一端定义为一第六端点P6；第六连杆31与第七连杆32连接的一端定义为一第七端点P7；第七连杆32与第八连杆33连接的一端定义为一第八端点P8；第八连杆33相对于第八端点P8的一端定义为一第九端点P9。
请参阅图2、3所示，说明如何搭配运动模型计算各端点的空间坐标(亦即图1的步骤114)。参考坐标系的X、Y、Z轴定义如图3所示，用户行走的前方为X轴正方向，Oref为参考坐标系的***原点(亦即行动辅助机器人1的上身躯干40与骨盆10的连接处)，各个端点P1～P9与Pb皆为参考坐标系的各子坐标系(Coordinate Frame)的原点，该第一端点至第九端点分别为子坐标系1至9的原点，该上身躯干端点为子坐标系0的原点，相邻两子坐标系的转换关系可用Rij来表示，Rij代表坐标系j相对在坐标系i的转换与位移矩阵，因此该多个端点P1～P9与Pb之间的转换与位移矩阵数学式(Homogeneous Transformation Matrix，齐次变换矩阵)的定义如下：
Rr1代表从子坐标系1转换到参考坐标系，R12代表从子坐标系2转换到子坐标系1，R23代表从子坐标系3转换到子坐标系2，R34代表从子坐标系4转换到坐标系3，R45代表从子坐标系5转换到子坐标系4，R16代表从子坐标系6转换到子坐标系1，R67代表从子坐标系7转换到子坐标系6，R78代表从子坐标系8转换到子坐标系7，R89代表从子坐标系9转换到子坐标系8。
举例来说，若想计算第三端点P3相对于参考坐标系的坐标关系，必须先将第三端点P3从子坐标系3原点转换到子坐标系2，再从子坐标系2转换到子坐标系1，最后从子坐标系1转到参考坐标系，利用数学表示方式为：
p3＝Rr1·R12·R23·[0 0 0]T
其他的端点则以此类推，如下式表示：
pb＝Rr1·[0 Hbody 0 1]T p1＝Rr1·[0 0 0 1]T
p2＝Rr1·R12·[0 0 0 1]T
p4＝Rr1·R12·R23·R34·[0 0 0 1]T p5＝Rr1·R12·R23·R34·R45·[0 0 0 1]T
p6＝Rr1·R16·[0 0 0 1]T p7＝Rr1·R16·R67·[0 0 0 1]T
p8＝Rr1·R16·R67·R78·[0 0 0 1]T p9＝Rr1·R16·R67·R78·R89[0 0 0 1]T
只要将行动辅助机器人1各关节的角度信息以及上身躯干的roll、pitch角(亦即图3所示θBody、θR，hip、θR，knee、θL，hip、θL，knee)输入，即可以估测行动辅助机器人1的姿态，同时，我们也可以藉由第四端点P4、第五端点P5、第八端点P8、第九端点P9四个点连成一个平面，将其投影至支撑平面B；接下来计算人体的质心位置，把每个连杆两个端点坐标相加后除以2，即为各个连杆的中心坐标如下式：
藉由Dempster’s coefficient(登普斯特系数)可以得知各个连杆相对于用户总体重的比例系数，藉由下式可以实时计算出重心的三维空间坐标：
将重心投影至支撑平面(BOS：Base of support)B，即可以得知与支撑平面B之间的相对关系。
此外，可由惯性传感器60得知用户与重力的相对角度，进而修正行走的动态模型，透过行动通讯装置90的GPS定位功能回馈在地图标示，可将信息提供给下一个用户参考使用。
据此，于图1的搭配运动模型计算各端点的空间坐标的步骤112后，可归纳出一种判断姿态与重心坐标是否异常的方法，请参阅图4所示流程400，其包括：
步骤402：计算该上身躯干、该二大腿、该二小腿、该二脚掌的质量；
步骤404：藉由该各端点的空间坐标与该上身躯干、该二大腿、该二小腿、该二脚掌的质量，计算出行动辅助机器人的重心的空间坐标；
步骤406：利用各脚掌的二端点建构出一支撑平面；
步骤408：将重心的空间坐标投影至支撑平面；
步骤410：判断该重心的空间坐标是否超出该支撑平面；若超出，则判断为异常，并发出警示或驱使该行动辅助机器人静止(步骤412)；若未超出，则返回图1利用该惯性传感器计算上身躯干的夹角的步骤108(如图4、图1的A点标示处)。
图4所示流程可分为二种方法，其中，步骤402～404为计算该用户的重心坐标的方法，而步骤406～412为判断该用户的重心坐标是否异常的方法。
请参阅图2所示，由于控制单元80连接于一具有GPS功能的行动通讯装置90以及一数据库120，该具有GPS功能的行动通讯装置90提供配置行动辅助机器人1的用户的GPS坐标，将图1步骤108～112所得到的行动辅助机器人的上身躯干的夹角、各关节的角度与用户的GPS坐标储存于数据库120内的后，即可进行后续的远程服务，包括地形控制回馈、危险提示、跌倒警报/求救、运动量估测、步行距离估测、行为监控、生活圈习惯纪录、复健策略回馈。
关于地形控制回馈，系结合一用户的GPS坐标与地图(例如线上的Google地图)比对，标记地形(例如上下坡)并存于数据库中，当该用户或其他用户靠近此区域时，由远程发出提示，建议当下的用户改变行走模型来适应当前区域。
关于危险提示，系结合一用户的GPS坐标与地图(例如线上的Google地图)比对，标记曾经发生过的危险(例如跌倒)并存于数据库中，当该用户或其他用户靠近此区域时，由远程发出提示，建议当下的用户提高注意力来避免危害发生。
关于跌倒警报/求救，系利用上身躯干的夹角与各关节的角度，在远程实时计算出用户的姿态，当发生姿态异常(例如跌倒)时，先利用电话确认用户的状况是否正常，如无响应，则利用当下该用户的GPS坐标，主动寻求联络最近的救护单位(例如医院、警察局)。
关于运动量估测，其系透过惯性传感器60估算行动辅助机器人1输出动能，结合行走步数估算及电源***耗电量，估算用户于移动中所提供的能量，以作为用户运动量估测，系根据以下公式计算得出：
(mr+mh)×g×d＝Wr+Wh
其中，mr为该行动辅助机器人的质量，mh为该用户的质量，g为重力加速度，d为行走距离，Wr为该行动辅助机器人所耗用的机械能，Wh为该用户的生理耗能(即所估测的运动量)。
行动辅助机器人1及用户的质量可由一般重量量测装置得知，行走距离可由惯性传感器60及行动辅助机器人1行走步数等信息综合推估，行动辅助机器人1所耗用的机械能可由电池残量估测推估，惟电能转换至机械能有转换效率的问题，必须先求得转换效率关系，当求得行动辅助机器人1的机械能后，即可依上式求得用户的生理耗能。关于行动辅助机器人电能转换至机械能的关系如下公式表示：
Wr＝Wmechanical＝ηWelectrical
其中，Wmechanical为该行动辅助机器人输出的机械能，Welectrical为该行动辅助机器人消耗的电能，η为转换效率。
此外，可藉由Vision-based动作分析***，如VICON动作分析***搭配测力板，估算使用行动辅助机器人的运动量，包括行走间的动能及位能，计算移动时的总能量，并利用耗氧量测装置(例如Cosmed K2)进行生理耗能量测，建立行动辅助机器人电能与机械能在不同行走条件下的转换效率关系数据库，以提供本发明运动量估测方法使用，因此公式如下所示：
Wh＝(mr+mh)×g×d-ηWelectrical
其次，关于步行距离估测，系利用上身躯干的夹角与各关节的角度，在远程实时计算出用户的姿态，并估算出行走步长，藉此估测步行距离并记录。
关于行为监控，系利用上身躯干的夹角与各关节的角度，在远程实时计算出用户的姿态，透过分类法则分类用户行为并记录。
关于生活圈***时生活常去的区域、商圈并记录。
关于复健策略回馈，系记录用户的姿态、步距、步频、运动量，以提供复健师直接连上云端观察，提供行走参数调整建议，做为下一次复健参考的依据。
综上所述，本发明所提供的行动辅助机器人的姿态估测方法，藉由整合惯性感测元件与马达编码器，实现安全流程控制及实时步态调整机制于行动辅助机器人；并可结合用户携带的行动通讯装置与终端数据库连结，以行动通讯装置上的GPS及惯性感测信息进行室外与室内定位，提供服务端进行用户行为分析，并以惯性感测信息作为跌倒监控，结合定位机制可在用户跌倒后进行求援，亦可藉由惯性感测信息进行行走距离估测，再搭配用户姿态作为运动量估测，以进行行为监控、实时救援、行走距离估测、运动量估测等服务，用户在使用行动辅助机器人时，可选择搭配该些安全技术服务以提升使用时的安全性及达到生理信息监控的目的。
惟以上所述的具体实施例，仅用于例释本发明的特点及功效，而非用于限定本发明的可实施范畴，于未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为本发明权利要求书的保护范围所涵盖。

Claims (17)

1.一种行动辅助机器人的姿态估测方法，其包含：
于一行动辅助机器人的右腿髋关节、左腿髋关节、右腿膝关节与左腿膝关节分别设置一马达控制器、一马达编码器与一马达，于该行动辅助机器人的上身躯干设置一惯性传感器，该多个马达控制器、该多个马达编码器、该多个马达、以及该惯性传感器与一控制单元连接；
将该行动辅助机器人配置于一用户身上；
配置于该用户身上的该行动辅助机器人的该上身躯干相对一参考坐标形成一夹角，且各该关节分别形成一角度；
将构成该行动辅助机器人的该上身躯干、二大腿、二小腿、二脚掌的长度输入该控制单元，该上身躯干、该二大腿、该二小腿、该二脚掌构成多个端点；利用该惯性传感器计算该上身躯干相对于该参考坐标的夹角；
利用该多个马达编码器计算该多个关节的角度；以及
搭配一运动模型计算该各端点的空间坐标。
2.如权利要求1所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，于搭配该运动模型计算该各端点的空间坐标后，更包括一计算该用户的重心坐标的方法，其包括：
计算该上身躯干、该二大腿、该二小腿、该二脚掌的质量；
藉由该各端点的空间坐标与该上身躯干、该二大腿、该二小腿、该二脚掌的质量，计算该行动辅助机器人的重心的空间坐标。
3.如权利要求2所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中计算出该行动辅助机器人的重心的空间坐标后，更包括判断该用户的重心坐标是否异常的方法，其包括：
利用各该脚掌的二端点建构出一支撑平面；
将该重心的空间坐标投影至该支撑平面；以及
判断该重心的空间坐标是否超出该支撑平面；若超出，则判断为异常，并发出警示或驱使该行动辅助机器人静止；若未超出，则返回该利用该惯性传感器计算该上身躯干的夹角的步骤。
4.如权利要求1所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中定义该行动辅助机器人为多个连杆所构成，该多个连杆包括：
一第一连杆与一第二连杆，其相互串联构成一骨盆；
一第三连杆、一第四连杆与一第五连杆，其相互串联构成一右腿，该右腿连接于该骨盆的其中一端，该右腿与该骨盆的连接处为该右腿髋关节，该第三连杆与该第四连杆的连接处为该右腿膝关节，该第五连杆为一右脚掌；
一第六连杆、一第七连杆与一第八连杆，其相互串联构成一左腿，该左腿连接于该骨盆未与该右腿连接的一端，该左腿与该骨盆的连接处为该左腿髋关节，该第六连杆与该第七连杆的连接处为该左腿膝关节，该第八连杆为一左脚掌；以及
一第九连杆，构成该上身躯干，其一端连接于该第一连杆与该第二连杆的串联处。
5.如权利要求4所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该多个连杆构成该多个端点，其包括：
一第一端点，位于该第九连杆与该第一连杆及该第二连杆相连接的一端；
一上身躯干端点，位于该第九连杆相对于该第一端点的一端；
一第二端点，位于该第三连杆与该第一连杆连接的一端；
一第三端点，位于该第三连杆与该第四连杆连接的一端；
一第四端点，位于该第四连杆与该第五连杆连接的一端；
一第五端点，位于该第五连杆相对于该第四端点的一端；
一第六端点，位于该第六连杆与该第二连杆连接的一端；
一第七端点，位于该第六连杆与该第七连杆连接的一端；
一第八端点，位于该第七连杆与该第八连杆连接的一端；以及
一第九端点，位于该第八连杆相对于该第八端点的一端。
6.如权利要求5所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该搭配一运动模型计算该各端点的空间坐标的步骤中，定义该用户行走的前方为该参考坐标系的X轴正方向，该行动辅助机器人的该上身躯干与骨盆的连接处为该参考坐标系的***原点，该第一端点至第九端点分别为子坐标系1至9的原点，该上身躯干端点为子坐标系0的原点，藉由定义该多个端点之间的转换与位移矩阵数学式，即可进一步推得该上身躯干端点与该第一端点至第九端点于该参考坐标系中个别的空间坐标。
7.如权利要求1所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该控制单元连接于一具有GPS功能的行动通讯装置以及一数据库，其中具有GPS功能的该行动通讯装置提供配置该行动辅助机器人的该用户的GPS坐标，该行动辅助机器人的该上身躯干的夹角与该多个关节的角度以及该用户的GPS坐标储存于该数据库内，以进行后续的远程服务。
8.如权利要求7所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该远程服务包括地形控制回馈、危险提示、跌倒警报/求救、运动量估测、步行距离估测、行为监控、生活圈习惯纪录、复健策略回馈。
9.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该地形控制回馈结合该用户的GPS坐标并与一地图比对，标记地形，当该用户或其他用户靠近此区域时，由远程发出提示，建议用户改变行走模型来适应当前区域。
10.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该危险提示结合该用户的GPS坐标并与一地图比对，标记曾经发生过的危险，当该用户或其他用户靠近此区域时，由远程发出提示，建议该用户提高注意力来避免危害发生。
11.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该跌倒警报/求救利用该上身躯干的夹角与该多个关节的角度，在远程实时计算出该用户的姿态，当发生姿态异常时，先利用电话确认该用户的状况是否正常，如无响应，则利用当下该用户的GPS坐标，主动寻求联络最近的救护单位。
12.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该运动量估测根据以下公式计算得出：
(mr+mh)×g×d＝Wr+Wh
其中，mr为该行动辅助机器人的质量，mh为该用户的质量，g为重力加速度，d为行走距离，Wr为该行动辅助机器人所耗用的机械能，Wh为该用户的运动量估测。
13.如权利要求12所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该Wr＝Wmechanical＝ηWelectrical，其中，Wmechanical为该行动辅助机器人输出的机械能，Welectrical为该行动辅助机器人消耗的电能，η为转换效率。
14.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该步行距离估测利用该上身躯干的夹角与该多个关节的角度，在远程实时计算出该用户的姿态，并估算出行走步长，藉此估测步行距离并记录。
15.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该行为监控利用该上身躯干的夹角与该多个关节的角度，在远程实时计算出该用户的姿态，透过分类法则分类用户行为并记录。
16.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该生活圈***时生活常去的区域、商圈并记录。
17.如权利要求8所述的行动辅助机器人的姿态估测方法，其中该复健策略回馈记录该用户的姿态、步距、步频、运动量，以提供复健师直接连上云端观察，提供行走参数调整建议，做为下一次复健参考的依据。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108245164A (zh) * 2017-12-22 2018-07-06 北京精密机电控制设备研究所 一种可穿戴式惯性器件人体步态信息采集计算方法
CN108379038A (zh) * 2018-01-15 2018-08-10 浙江大学 一种下肢康复外骨骼***及其步行控制方法
CN108942885A (zh) * 2018-07-23 2018-12-07 东北大学 一种髋关节的可穿戴下肢外骨骼机器人
CN110186481A (zh) * 2019-06-10 2019-08-30 西安航天三沃机电设备有限责任公司 适用于小型制导导弹弹上惯性组件的校准***以及校准方法
CN110721055A (zh) * 2019-10-17 2020-01-24 深圳市迈步机器人科技有限公司 下肢助行外骨骼机器人的控制方法及外骨骼机器人
CN113081582A (zh) * 2021-03-18 2021-07-09 上海交通大学 一种机器人辅助站立轨迹生成方法
CN113143256A (zh) * 2021-01-28 2021-07-23 上海电气集团股份有限公司 步态特征提取方法、下肢评估、控制方法、设备及介质
CN115969590A (zh) * 2023-03-16 2023-04-18 深圳市心流科技有限公司 膝关节假肢及控制方法、***、智能终端及存储介质

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016160624A1 (en) 2015-03-27 2016-10-06 Other Lab Llc Lower-leg exoskeleton system and method
FR3049851A1 (fr) * 2016-04-08 2017-10-13 Commissariat Energie Atomique Genou prothetique pour un patient ampute femoral.
EP3576707B1 (en) 2017-02-03 2024-01-31 Roam Robotics Inc. System and method for user intent recognition
TWI612276B (zh) * 2017-02-13 2018-01-21 國立清華大學 慣性式物件姿態測量系統及方法
JP7475143B2 (ja) 2017-04-13 2024-04-26 ローム ロボティクス インコーポレイテッド 脚用外骨格システム及び方法
CA3072622A1 (en) 2017-08-29 2019-03-07 Roam Robotics Inc. Semi-supervised intent recognition system and method
WO2019046489A1 (en) * 2017-08-29 2019-03-07 Roam Robotics Inc. SYSTEM AND METHOD FOR EVALUATING THE ADJUSTMENT OF AN EXOSQUELET
DE102017126259B4 (de) 2017-11-09 2019-08-01 Universität Stuttgart Exoskelett-System, Steuereinrichtung und Verfahren
WO2019156698A1 (en) 2018-02-08 2019-08-15 Parker-Hannifin Corporation Advanced gait control system and methods enabling continued walking motion of a powered exoskeleton device
TWI675269B (zh) * 2018-04-02 2019-10-21 新世代機器人暨人工智慧股份有限公司 可變姿態機器人及其姿態調整方法
CN109324624A (zh) * 2018-10-12 2019-02-12 哈尔滨理工大学 一种基于可操作度分析的崎岖地形六足机器人操纵方法
JP7156390B2 (ja) * 2018-11-13 2022-10-19 日本電気株式会社 負荷軽減支援装置、負荷軽減システム、負荷軽減方法、及びプログラム
CN111382636B (zh) * 2018-12-29 2023-04-25 西安思博探声生物科技有限公司 一种膝关节运动信号的处理方法、装置、设备和存储介质
JP7192528B2 (ja) * 2019-01-24 2022-12-20 株式会社ジェイテクト アシスト装置
TWI687215B (zh) * 2019-03-05 2020-03-11 國立勤益科技大學 下肢外骨骼機器人及其輔助方法
CN110532581B (zh) * 2019-05-14 2023-01-03 武汉弗雷德斯科技发展有限公司 一种四轴机械臂的动力学建模方法
TWI704911B (zh) * 2019-07-22 2020-09-21 緯創資通股份有限公司 外骨骼穿戴管理系統與外骨骼穿戴管理方法
JP2023506033A (ja) 2019-12-13 2023-02-14 ローム ロボティクス インコーポレイテッド スキーイング中に装着者に利益をもたらすパワー駆動デバイス
DE202019107088U1 (de) * 2019-12-18 2021-03-19 German Bionic Systems Gmbh Exoskelett
US11642857B2 (en) 2020-02-25 2023-05-09 Roam Robotics Inc. Fluidic actuator manufacturing method
TWI759953B (zh) * 2020-11-06 2022-04-01 國立勤益科技大學 下肢外骨骼輔助方法及下肢外骨骼機器人
DE102021106376A1 (de) 2021-03-16 2022-09-22 GBS German Bionic Systems GmbH Exoskelett
CN113059549B (zh) * 2021-03-17 2022-04-26 深圳因特安全技术有限公司 一种消防救援可穿戴助力外骨骼机器人
CN113244062B (zh) * 2021-06-22 2022-10-18 南京工程学院 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置
CN113450903B (zh) * 2021-06-29 2022-10-04 广东人工智能与先进计算研究院 一种人体动作映射方法、装置、计算机设备和存储介质
CN113768760B (zh) * 2021-09-08 2022-12-20 中国科学院深圳先进技术研究院 助行器的控制方法、***和驱动设备
US20230075841A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-09 State Farm Mutual Automobile Insurance Company Continuous water level monitoring for sump pump system control
WO2024047581A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-07 Iuvo S.R.L Exoskeleton including monitoring and maintenance tools

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1136988A (zh) * 1995-05-31 1996-12-04 北京航空航天大学 一种关节驱动机构驱动方法和用途
US20020170193A1 (en) * 2001-02-23 2002-11-21 Townsend Christopher P. Posture and body movement measuring system
US6570503B1 (en) * 2000-04-21 2003-05-27 Izaak A. Ulert Emergency signaling device
US20040158175A1 (en) * 2001-06-27 2004-08-12 Yasushi Ikeuchi Torque imparting system
US20070054777A1 (en) * 2004-02-25 2007-03-08 Honda Motor Co., Ltd. Generated torque control method for leg body exercise assistive apparatus
US20070229286A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Dennis Huang Fall-over alert device
CN101549498A (zh) * 2009-04-23 2009-10-07 上海交通大学 智能帮扶式助行机器人的自主跟踪与导航***
US20100094188A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-15 Amit Goffer Locomotion assisting device and method
US20100114329A1 (en) * 2005-03-31 2010-05-06 Iwalk, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
CN101820845A (zh) * 2007-05-22 2010-09-01 香港理工大学 带多方向模块的机器人训练***
US20120116550A1 (en) * 2010-08-09 2012-05-10 Nike, Inc. Monitoring fitness using a mobile device
US20120291563A1 (en) * 2008-06-13 2012-11-22 Nike, Inc. Footwear Having Sensor System
CN103010330A (zh) * 2012-12-20 2013-04-03 华南理工大学 一种双足步行机器人
US20130116823A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Mobile apparatus and walking robot
CN103417217A (zh) * 2012-05-18 2013-12-04 王振兴 关节活动度量测装置及其量测方法
CN104128928A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 广明光电股份有限公司 机器人的关节模块及其控制方法
CN104627265A (zh) * 2015-01-13 2015-05-20 哈尔滨工业大学 一种液压驱动的双足机器人下肢机构
US9044374B1 (en) * 2013-07-05 2015-06-02 Leon E. Stimpson Assisted walking device
CN104869970A (zh) * 2012-12-11 2015-08-26 埃克苏仿生公司 可重新配置的外骨骼
CN104898669A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 贺杰 一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及***
CN105172931A (zh) * 2015-08-14 2015-12-23 哈尔滨工业大学 一种基于气动人工肌肉的双足机器人

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4291093B2 (ja) * 2003-09-11 2009-07-08 本田技研工業株式会社 ２足歩行移動体の関節モーメント推定方法
JP4178186B2 (ja) * 2003-08-21 2008-11-12 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プログラム
US7524297B2 (en) * 2004-09-08 2009-04-28 Honda Motor Co., Ltd. Walking assistance device provided with a force sensor
JP4426432B2 (ja) * 2004-12-17 2010-03-03 本田技研工業株式会社 脚体運動補助装具の補助モーメント制御方法
JP4178187B2 (ja) * 2005-01-26 2008-11-12 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置及び制御用プログラム
US7190141B1 (en) * 2006-01-27 2007-03-13 Villanova University Exoskeletal device for rehabilitation
JP4968604B2 (ja) * 2006-06-21 2012-07-04 トヨタ自動車株式会社 姿勢角決定装置およびその決定方法
JP4954804B2 (ja) * 2007-06-20 2012-06-20 本田技研工業株式会社 関節駆動型脚リンク機構及び歩行補助装置
AU2009273927B2 (en) * 2008-07-23 2014-09-18 Ekso Bionics, Inc. An exoskeleton and method of reducing the energy consumption of a person in motion coupled to an exoskeleton device
EP3219295B1 (en) * 2008-09-04 2023-11-15 Otto Bock HealthCare LP Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
WO2010148134A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 össur hf Feedback control systems and methods for prosthetic or orthotic devices
JP2012011136A (ja) * 2010-07-05 2012-01-19 Nationa Hospital Organization 動作安定支援装置、および、動作安定支援方法
JP5598667B2 (ja) * 2010-09-21 2014-10-01 大日本印刷株式会社 歩行補助装置、歩行補助方法、及び歩行補助プログラム等
JP5610294B2 (ja) * 2011-01-13 2014-10-22 株式会社エクォス・リサーチ 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
CN103054692B (zh) * 2013-01-29 2015-03-04 苏州大学 一种穿戴式下肢外骨骼助行机器人
AU2014248965A1 (en) * 2013-03-13 2015-08-20 Ekso Bionics, Inc. Gait orthotic system and method for achieving hands-free stability
RU2015137411A (ru) * 2013-03-14 2017-04-19 Эксо Бионикс, Инк. Приводимая в движение ортопедическая система для реабилитации в естественных условиях в режиме взаимодействия
CN103622792A (zh) * 2013-11-25 2014-03-12 北京林业大学 外骨骼助力机器人的信息采集与控制***
JP2015112332A (ja) * 2013-12-12 2015-06-22 アズビル株式会社 歩行支援機の状態報知システム、および、歩行支援機
JP2017512619A (ja) * 2014-03-24 2017-05-25 アーマッド・アルサエド・エム・アルガジＡｈｍａｄ Ａｌｓａｙｅｄ Ｍ． ＡＬＧＨＡＺＩ 多機能スマート移動補助装置及び利用方法
WO2015145757A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 富士機械製造株式会社 移動補助装置
KR102296451B1 (ko) * 2014-12-08 2021-09-06 큐렉소 주식회사 중재시술 로봇용 공간정합 시스템
CN104398368B (zh) * 2014-12-10 2017-02-01 电子科技大学 一种电机横置的助行外骨骼机器人

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1136988A (zh) * 1995-05-31 1996-12-04 北京航空航天大学 一种关节驱动机构驱动方法和用途
US6570503B1 (en) * 2000-04-21 2003-05-27 Izaak A. Ulert Emergency signaling device
US20020170193A1 (en) * 2001-02-23 2002-11-21 Townsend Christopher P. Posture and body movement measuring system
US20040158175A1 (en) * 2001-06-27 2004-08-12 Yasushi Ikeuchi Torque imparting system
US20070054777A1 (en) * 2004-02-25 2007-03-08 Honda Motor Co., Ltd. Generated torque control method for leg body exercise assistive apparatus
US20100114329A1 (en) * 2005-03-31 2010-05-06 Iwalk, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
US20070229286A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Dennis Huang Fall-over alert device
CN101820845A (zh) * 2007-05-22 2010-09-01 香港理工大学 带多方向模块的机器人训练***
US20120291563A1 (en) * 2008-06-13 2012-11-22 Nike, Inc. Footwear Having Sensor System
US20100094188A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-15 Amit Goffer Locomotion assisting device and method
CN101549498A (zh) * 2009-04-23 2009-10-07 上海交通大学 智能帮扶式助行机器人的自主跟踪与导航***
US20120116550A1 (en) * 2010-08-09 2012-05-10 Nike, Inc. Monitoring fitness using a mobile device
US20130116823A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Mobile apparatus and walking robot
CN103417217A (zh) * 2012-05-18 2013-12-04 王振兴 关节活动度量测装置及其量测方法
CN104869970A (zh) * 2012-12-11 2015-08-26 埃克苏仿生公司 可重新配置的外骨骼
CN103010330A (zh) * 2012-12-20 2013-04-03 华南理工大学 一种双足步行机器人
CN104128928A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 广明光电股份有限公司 机器人的关节模块及其控制方法
US9044374B1 (en) * 2013-07-05 2015-06-02 Leon E. Stimpson Assisted walking device
CN104627265A (zh) * 2015-01-13 2015-05-20 哈尔滨工业大学 一种液压驱动的双足机器人下肢机构
CN104898669A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 贺杰 一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及***
CN105172931A (zh) * 2015-08-14 2015-12-23 哈尔滨工业大学 一种基于气动人工肌肉的双足机器人

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108245164A (zh) * 2017-12-22 2018-07-06 北京精密机电控制设备研究所 一种可穿戴式惯性器件人体步态信息采集计算方法
CN108245164B (zh) * 2017-12-22 2021-03-26 北京精密机电控制设备研究所 一种可穿戴式惯性器件人体步态信息采集计算方法
CN108379038A (zh) * 2018-01-15 2018-08-10 浙江大学 一种下肢康复外骨骼***及其步行控制方法
CN108942885B (zh) * 2018-07-23 2021-08-27 东北大学 一种髋关节的可穿戴下肢外骨骼机器人
CN108942885A (zh) * 2018-07-23 2018-12-07 东北大学 一种髋关节的可穿戴下肢外骨骼机器人
CN110186481A (zh) * 2019-06-10 2019-08-30 西安航天三沃机电设备有限责任公司 适用于小型制导导弹弹上惯性组件的校准***以及校准方法
CN110721055B (zh) * 2019-10-17 2021-11-02 深圳市迈步机器人科技有限公司 下肢助行外骨骼机器人的控制方法及外骨骼机器人
CN110721055A (zh) * 2019-10-17 2020-01-24 深圳市迈步机器人科技有限公司 下肢助行外骨骼机器人的控制方法及外骨骼机器人
CN113143256A (zh) * 2021-01-28 2021-07-23 上海电气集团股份有限公司 步态特征提取方法、下肢评估、控制方法、设备及介质
CN113143256B (zh) * 2021-01-28 2023-09-26 上海电气集团股份有限公司 步态特征提取方法、下肢评估、控制方法、设备及介质
CN113081582A (zh) * 2021-03-18 2021-07-09 上海交通大学 一种机器人辅助站立轨迹生成方法
CN113081582B (zh) * 2021-03-18 2022-06-28 上海交通大学 一种机器人辅助站立轨迹生成方法
CN115969590A (zh) * 2023-03-16 2023-04-18 深圳市心流科技有限公司 膝关节假肢及控制方法、***、智能终端及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
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