[go: up one dir, main page]

CN112917471A - 控制装置、外骨骼系统及控制方法 - Google Patents

控制装置、外骨骼系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112917471A
CN112917471A CN201911373232.0A CN201911373232A CN112917471A CN 112917471 A CN112917471 A CN 112917471A CN 201911373232 A CN201911373232 A CN 201911373232A CN 112917471 A CN112917471 A CN 112917471A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terrain
exoskeleton system
branch
processing unit
vertical position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911373232.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112917471B (zh
Inventor
陈宏修
张耀宗
高全渊
邹宗颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wistron Corp
Original Assignee
Wistron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wistron Corp filed Critical Wistron Corp
Publication of CN112917471A publication Critical patent/CN112917471A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112917471B publication Critical patent/CN112917471B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5064—Position sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5084—Acceleration sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5092—Optical sensor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种控制装置，应用于外骨骼系统，包括感测单元，用来测量地形数据；以及处理单元，耦接该感测单元，用来根据该感测单元的测量结果，判断该外骨骼系统的行进方向的前方地形，以调整该外骨骼系统的驱动装置的运作；其中该感测单元用于检测至少一个测量点相对于该感测单元的距离及方位，以测量该地形数据，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。

Description

控制装置、外骨骼系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制装置、外骨骼系统及控制方法，特别指一种可根据外骨骼前方地形而调整辅助力道的控制装置、外骨骼系统及控制方法。
背景技术
外骨骼机器人(exoskeleton robot)可辅助行动上不方便的人们或加强用户行动力，常见的应用包含辅助行走、上下楼梯及爬上斜坡等。一般而言，外骨骼机器人的控制方法为穿戴者以按钮或面板等方式由用户输入控制命令(如行走或上下梯斜坡等)，只是此种方法需要预先编程其跨步距离、斜坡角度及楼梯高度，在实际使用时外骨骼机器人常因斜坡角度，楼梯高度略有差异使得行进路线踢到上斜坡、楼梯障碍而受阻，或因下斜坡产生的倾角、楼梯高低的落差，进而造成重心不稳滑倒踩空。在此情形下，外骨骼机器人不仅不便于操作，还可能因移动不当，使穿戴者感受不适，甚或衍生安全性问题。
因此，已知技术实有改进的必要。
发明内容
本发明的主要目的即在于提供一种可检测外骨骼前方地形的控制装置、外骨骼系统及控制方法，以改善已知技术的缺点。
本发明实施例公开一种控制装置，应用于外骨骼系统，包括感测单元，用来测量地形数据；以及处理单元，耦接该感测单元，用来根据该感测单元的测量结果，判断该外骨骼系统的行进方向的前方地形，以调整该外骨骼系统的驱动装置的运作。其中，该感测单元用于检测至少一个测量点相对于该感测单元的距离及方位，以测量该地形数据，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。
本发明实施例还公开一种外骨骼系统，包括至少一个分支；驱动装置，连接该至少一个分支，用来根据控制信号，驱动该至少一个分支；以及控制装置，包括：感测单元，用来测量地形数据；以及处理单元，耦接该感测单元及该驱动装置，用来根据该感测单元的测量结果，判断行进方向的前方地形，以产生该控制信号，来调整该驱动装置的运作。其中，该感测单元系检测至少一测量点相对于该感测单元的距离及方位，以测量该地形数据，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。
本发明实施例还公开一种控制方法，应用于外骨骼系统，该控制方法包括测量地形数据；以及根据该地形数据，判断该外骨骼系统的行进方向的前方地形，以调整该外骨骼系统的驱动装置的运作。其中，测量该地形数据的步骤包含检测至少一个测量点相对于该外骨骼系统的距离及方位，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。
附图说明
图1A为本发明实施例之一外骨骼系统的示意图。
图1B为本发明实施例之外骨骼系统的功能区块图。
图2为本发明实施例以三轴检测方式检测一目标点之相对距离及方位的示意图。
图3为本发明实施例计算目标点之距离及方位的示意图。
图4A至4E为本发明实施例判断行进方向前方地形之示意图。
图5为本发明实施例之目标点检测方式之示意图。
图6为本发明实施例之目标点检测方式之示意图。
图7为本发明实施例一控制流程之示意图。
具体实施方式
图1A、1B分别为本发明实施例的外骨骼系统10的示意图及功能区块图。外骨骼系统10用来辅助人类行动，其包括主干100、分支102、104、106、108、驱动装置110及控制装置112。分支102、104、106、108连结于主干100，其可固定或穿戴于用户的双腿，例如分支102对应于左上腿，分支104对应于左下腿，分支106对应于右上腿，分支108对应于右下腿。驱动装置110包含有马达114、116、118、120，分别连接于分支102、104、106、108，驱动装置110可根据控制装置112所产生的控制信号CTRL，驱动分支102、104、106、108运行，以辅助用户行走或奔跑。控制装置112包含有感测单元122及处理单元124，感测单元122可测量外骨骼系统10行进方向前方的地形数据，而处理单元124则根据感测单元122的测量结果，判断地形信息，如上下坡、障碍物等，并据以产生控制信号CTRL而驱动驱动装置110，使得外骨骼系统10可反映前方地形而调整辅助力道。
简而言之，控制装置112可检测用户穿戴外骨骼系统10行进时前方的地形信息或状态，并据此来调整驱动装置110的运行。如此一来，若用户行进方向包含障碍物、上下坡、楼梯等地形变化或状态时，本发明实施例不需要用户手动输入命令而可自动且适应性地调整驱动装置110的运作，使得分支102、104、106、108间的相对运动符合后续地形变化，以更有效率地辅助用户，并提升便利性。
需注意的是，图1A、1B为本发明的实施例，本领域普通技术人员当可据以做不同修饰，而不限于此。举例来说，感测单元122可以各种方式测量前方地形数据，在一些实施例中，感测单元122可检测前方至少一个目标点相对于感测单元122的距离及方位，而处理单元124则可利用几何运算判断地形变化的轮廓坐标，藉此判断前方地形。例如，请参考图2，图2为感测单元122以三轴检测方式检测目标点Rk的相对距离及方位的示意图。如图2所示，在一次测量中，感测单元122测量出目标点Rk与感测单元122的直线距离为dk，且目标点Rk与感测单元122间的关系可对应至三轴坐标系，其中原点O为感测单元122，而X、Y、Z轴分别表示翻滚角(Roll)、俯仰角(Pitch)、偏摆角(Yaw)。
此外，感测单元122可固定于外骨骼系统10的任意位置，只要能正确测量出地形数据即可，感测单元122也可包含多个感测子单元，例如其中的一个感测子单元设置于左下腿分支，另一感测子单元设置于右下腿分支，而随着感测单元122设置或配置方式的不同，在计算目标点相对于感测单元122的距离及方位时也应适当调整。举例来说，请参考图3，图3为本发明实施例感测单元122计算目标点的距离及方位的示意图。在此实施例中，感测单元122包含两个感测子单元，其中一个设置于分支104，另一设置于分支108。当用户自然行走时，左(右)脚为支撑点，感测单元122的感测子单元可测量连续距离数值为d0到dn，感测子单元测量出下腿部分支的连续角度a0到an度。经处理单元124运算后，可得到以感测单元122为原点的一组障碍物轮廓的坐标R0到Rn。若以支撑点(即下腿部分支底部)为原点订定坐标系，其中第k点Rk的X坐标为Rk[X]＝L*cos(ak)+dk*cos(ak+δ)；Y坐标则为Rk[Y]＝L*sin(ak)+dk*sin(ak+δ)，其中δ为感测单元122与下腿部分支的夹角，L为下腿部分支的长度。
得到上述Rk[X]、Rk[Y]各点数据后，处理单元124即可根据行进方向前方的轮廓坐标判断前方是否有特殊地形。举例来说，图4A为本发明实施例处理单元124判断行进方向前方地形的示意图。在此例中，感测单元122包含两个感测子单元，其中一个设置于分支104，另一设置于分支108，而前方地形包含上坡。如图4A所示，当用户自然行走跨出左腿时，感测单元122中位于右下腿的感测子单元检测多个目标点R0至Rn。随着目标点指标k增加，ak及dk均随之减少，经过几何计算可知目标点Rk的Y坐标Rk[Y]随着X坐标Rk[X]减小而同时减小，即可判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为上坡地形，处理单元124可据此产生控制信号CTRL调整马达116，以对应调整左下腿分支104下一落地点的位置。
更进一步而言，当用户自然行走跨出左腿时，对应于右下腿的分支108的底部即为支撑点，若处理单元124根据感测单元122的测量结果判断前方为上坡地形，则相较于水平地形时的落地点，左下腿分支104的下一落地点的垂直距离应较短。在此情形下，控制装置112可通过控制信号CTRL调整马达116的运作，使得左下腿分支104下一落地点的位置符合上坡地形，也就是相较于平地地形的落地点为高，进而避免辅助力道错误，确保用户可平顺地行走。
类似图4A的判断方式，请继续参考图4B至4E，图4B至4E为本发明实施例处理单元124判断行进方向前方地形的示意图。于图4B中，感测单元122测量目标点为R0到Rn，处理单元124判断目标点Ri至R0中目标点Rt的X坐标Rt[X]越大而Y坐标Rt[Y]则随之越小，据此可判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为下坡地形。因此，控制装置112可通过控制信号CTRL调整马达116的运作，使得左下腿分支104下一落地点的位置符合下坡地形，也就是相较于平地地形的落地点为低，确保用户可平顺地行走。
于图4C中，感测单元122测量目标点为R0到Rn，处理单元124判断目标点Ri至R0中目标点Rt不论X坐标Rt[X]数值为何，其Y坐标Rt[Y]均相同，据此可判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为平地地形。因此，控制装置112可通过控制信号CTRL调整马达116的运作，使得左下腿分支104下一落地点的位置符合平地地形，也就是维持相近的落地高度，确保用户可平顺地行走。
于图4D中，感测单元122测量目标点为R0到Rn，处理单元124判断目标点Ri至R0中目标点Rt的X坐标Rt[X]相同但Y坐标Rt[Y]不同(举例来说，由目标点Ri至R0中的第一目标点Ra与第二目标点Rb两点的坐标可知，若以第一目标点Ra的X坐标Ra[X](第一值)与Y坐标Ra[Y](第二值)为基准，第二目标点Rb的X坐标Rb[X]不大于第一值Ra[X]，但Y坐标Rb[Y]大于第二值Ra[Y]时)，判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为凸出物。此时，处理单元124可再由Ri至R0中其他目标点(如Rc、Rd、…)判断该凸出物的大小。
接着，处理单元124再判断目标点Ri至R0中目标点Rs不论X坐标Rs[X]数值为何，其Y坐标Rs[Y]均相同，即其对应于平地地形。因此，整合目标点Rt、目标点Rs的判断结果，处理单元124可判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为上行阶梯地形。因此，控制装置112可通过控制信号CTRL调整马达116的运作，使得左下腿分支104下一落地点的位置符合上行阶梯地形，即落于上行阶梯的平台，确保用户可平顺地行走。
于图4E中，感测单元122测量目标点为R0到Rn，处理单元124判断目标点Ri至R0中目标点Rt的不论X坐标Rt[X]数值为何，其Y坐标Rt[Y]均相同，以及目标点Ri至R0中的目标点Rs不论X坐标Rs[X]数值为何，其Y坐标Rs[Y]均相同，判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形应为平地地形，又根据Rt[Y]>Rs[Y]，判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为下行阶梯地形。因此，控制装置112可通过控制信号CTRL调整马达116的运作，使得左下腿分支104下一落地点的位置符合下行阶梯地形，即落于下行阶梯的平台，确保用户可平顺地行走。
因此，通过图4A至图4E的判断方式，处理单元124即可判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形为上下坡、平地、凸起物、上行阶梯、下行阶梯，并可据此调整调整该驱动装置110。例如当用户自然行走跨出左腿时，对应于右下腿的分支108的底部即为支撑点，处理单元124判断前方地形为上下坡、上下行阶梯及平地地形时，可调整该驱动装置110使得左下腿分支104下一落地点的位置符合该地形。或如处理单元124判断前方地形为凸出物时，若凸出物不碍于行走时则调整驱动装置110使该分支底部跨越凸出物；或者，若凸出物的水平位置于原定步伐相同时则调整驱动装置110使分支底部落于凸出物之上；又或者，若凸出物的垂直高度无法跨越时则调整驱动装置110使得外骨骼系统10得以闪避凸出物、向用户发出警示讯息或停止前进。如此一来，外骨骼系统10可藉由测量行进方向前方地形并因应前方地形变化适当地调整辅助力道，因而在无须用户介入的情况下，得以流畅且平稳地辅助用户移动。
此外，需注意的是，图3及图4A至4E说明感测单元122包含两个感测子单元，并分别设置于左下腿及右下腿分支时，处理单元124判断地形的运算方式。然而，不限于此，根据不同系统需求，感测单元122可安装于各个位置。举例来说，请参考图5，图5为本发明实施例感测单元122设置于外骨骼系统10中对应于用户腰部的示意图。在此例中，由于感测单元122设置于用户腰部的位置，处理单元124对应于第k目标点Rk位置的几何运算应调整如下：X坐标为Rk[X]＝L*cos(90°)+dk*cos(90°+δ)，Y坐标为Rk[Y]＝L*sin(90°)+dk*sin(90°+δ)，其中δ为感测单元122与腰部的夹角，L为感测单元122配置在腰部上的高度。其余根据目标点的坐标变化以判断地形的方式，可参考前述，于此不赘述。
此外，如前所述，感测单元122可由一个或多个感测子单元所实现，而感测子单元不限于同时设置于腰部或腿部。举例来说，请参考图6，图6为本发明实施例感测单元122包含两个感测子单元且分别设置于外骨骼系统10中对应于用户腰部及腿部的示意图。如图6所示，由于感测单元122的两个感测子单元是分别设置于用户腰部及腿部，其可由不同高度检测目标点状态，使得处理单元124的判断结果更符合实际地形，以加强效果。需注意的是，感测子单元的数量增加除可增加感测范围外，也可使感测结果更加准确，而各感测子单元判断外骨骼系统10前方地形则与单一感测子单元方式大致相同，于此不再赘述。
另一方面，在本发明实施例中，前方障碍地形可再加以细分，如坡地可再细分为坡度5°以内的极缓坡地形、坡度5°-15°的缓坡地形、坡度15-25°的缓陡坡地形以及坡度25°-35°的陡坡地形等，但不在此限。针对不同的地形，控制装置112可对驱动装置110进行不同且适当的调整，以符合地形及用户需求。进一步地，在一些实施例中，外骨骼系统10可包含输入装置，提供用户调整各地形与驱动装置110之间的对应关系，或限制外骨骼系统10的移动方向，例如遇超过30°的上坡地形时外骨骼系统10应绕行上坡地形，而非尝试登上上坡地形，但不在此限。
另一方面，主干100、分支102、104、106、108可为金属、塑胶甚或复合材料，而不在此限。在一些实施例中，分支可再包括子分支，其中各(子)分支可包括任意数量的驱动子装置及控制子装置，用来响应前方地形的不同而调整分支的一部分或全部或藉由多个驱动子装置而实现更局部细致的动作。此外，驱动装置110不限于以马达实现，也可为气压、液压装置。在一些实施例中，控制装置112直接由接口控制或通过进程间通信(Inter-ProcessCommunication，IPC)等方式间接控制驱动装置110，业可仅传送感测单元122测量行进方向的前方地形的测量结果，而另由驱动装置110的处理子单元自行调整，驱动装置110的控制方法为本领域普通技术人员所知晓，于此不再赘述。
在一些实施例中，感测单元122可利用光学、激光、电波或超声波等方式主动感测或被动检测，也得以三轴、六轴或九轴等感测器加以实现，且可以有线或无线的方式传递数据至处理单元124。在一些实施例中，各单元可利用特定用途集成电路(Application-specific integrated circuit，ASIC)来实现。在一些实施例中，处理单元124可包括处理器以及存储单元，处理器可为应用处理器(Application Processor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)甚至张量处理单元(Tensor ProcessingUnit，TPU)，而不在此限；存储单元可用来存储程序代码，程序代码用来指示处理器执行相关控制流程，存储单元可为非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如，电可擦只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory,EEPROM)或闪存存储器(Flash Memory)，而不在此进行限制。
在一些实施例中，控制装置112还可检测当有新的步伐时，才开始执行判断行进方向前方地形的控制流程，例如可设置步伐感测器，藉此可节省电力消耗或减少外骨骼系统10对用户的行进过程有过多干涉，避免造成用户不适，此种增加步伐感测器的设置方法为本领域普通技术人员惯用手段，于此不再赘述。
此外，关于控制装置112的运作，可归纳为控制流程70，如图7所示。控制流程70包含以下步骤：
步骤700：开始。
步骤702：感测单元122测量地形数据。
步骤704：处理单元124根据感测单元122所测量的地形数据，判断外骨骼系统10的行进方向的前方地形，以调整外骨骼系统10的驱动装置110的运作。
步骤706：结束。
控制流程70之详细操作可参考前述说明，于此不赘述。
需注意的是，前述实施例用以说明本发明的概念，本领域普通技术人员当可据以做不同的修饰，而不限于此。因此，只要外骨骼系统能测量行进方向前方地形并因应前方地形变化而适当地调整辅助力道，即满足本发明的要求，而属于本发明的范畴。
综上所述，在辅助用户行走或奔跑时，本发明无须用户介入，而是藉由测量行进方向前方地形并因应前方地形变化适当地调整辅助力道，因而可有效提升使用便利性，并可提升移动的流畅性与平稳性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的等价变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
10…外骨骼系统
100…主干
102、104、106、108…分支
110…驱动装置
112…控制装置
114、116、118、120…马达
122…感测单元
124…处理单元
70…流程
702～706…步骤

Claims (21)

1.一种控制装置，应用于外骨骼系统，包括：
感测单元，用来测量地形数据；以及
处理单元，耦接该感测单元，用来根据该感测单元的测量结果，判断该外骨骼系统的行进方向的前方地形，以调整该外骨骼系统的驱动装置的运作；
其中该感测单元用于检测至少一个测量点相对于该感测单元的距离及方位，以测量该地形数据，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较高时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为一上坡地形；以及
该处理单元还用来计算该上坡地形的坡度及对应该坡度的垂直高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该上坡地形高度。
3.如权利要求1所述的控制装置，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较低时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为下坡地形；以及
该处理单元还用来计算该下坡地形的坡度及对应该坡度的垂直高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该下坡地形高度。
4.如权利要求1所述的控制装置，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置相近时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为平地地形；以及
该处理单元还用来调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该平地地形。
5.如权利要求1所述的控制装置，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点与该外骨骼系统的分支底部的水平距离不大于第一值，但垂直距离大于第二值时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形包含凸出物；以及
该处理单元还用来计算该凸出物的大小，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向跨越该凸出物、落于该凸出物之上、闪避该凸出物或停止前进。
6.如权利要求1所述的控制装置，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点大致位于平面，且垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较高时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为上行阶梯地形；以及
该处理单元还用来计算该上行阶梯地形的阶梯高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该上行阶梯地形。
7.如权利要求1所述的控制装置，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点大致位于平面，且垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较低时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为下行阶梯地形；以及
该处理单元还用来计算该下行阶梯地形的阶梯高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该下行阶梯地形。
8.一种外骨骼系统，包括：
至少一个分支；
驱动装置，连接该至少一个分支，用来根据控制信号，驱动该至少一个分支；以及
控制装置，包括：
感测单元，用来测量地形数据；以及
处理单元，耦接该感测单元及该驱动装置，用来根据该感测单元的测量结果，判断行进方向的前方地形，以产生该控制信号，来调整该驱动装置的运作；
其中该感测单元用于检测至少一个测量点相对于该感测单元的距离及方位，以测量该地形数据，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。
9.如权利要求8所述的外骨骼系统，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较高时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为上坡地形；以及
该处理单元还用来计算该上坡地形的坡度及对应该坡度的垂直高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该上坡地形高度。
10.如权利要求8所述的外骨骼系统，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较低时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为下坡地形；以及
该处理单元还用来计算该下坡地形的坡度及对应该坡度的垂直高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该下坡地形高度。
11.如权利要求8所述的外骨骼系统，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置相近时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为平地地形；以及
该处理单元还用来调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该平地地形。
12.如权利要求8所述的外骨骼系统，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点与该外骨骼系统的分支底部的水平距离不大于第一值，但垂直距离大于第二值时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形包含凸出物；以及
该处理单元还用来计算该凸出物的大小，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向跨越该凸出物、落于该凸出物之上、闪避该凸出物或停止前进。
13.如权利要求8所述的外骨骼系统，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点大致位于平面，且垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较高时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为上行阶梯地形；以及
该处理单元还用来计算该上行阶梯地形的阶梯高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该上行阶梯地形。
14.如权利要求8所述的外骨骼系统，其中
该处理单元用于在该感测单元的测量结果显示该至少一个测量点大致位于平面，且垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较低时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为下行阶梯地形；以及
该处理单元还用来计算该下行阶梯地形的阶梯高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该下行阶梯地形。
15.一种控制方法，应用于外骨骼系统，该控制方法包括：
测量地形数据；以及
根据该地形数据，判断该外骨骼系统的行进方向的前方地形，以调整该外骨骼系统的驱动装置的运作；
其中测量该地形数据的步骤包含检测至少一个测量点相对于该外骨骼系统的距离及方位，其中该至少一个测量点位于该外骨骼系统的该行进方向的前方。
16.如权利要求15所述的控制方法，其还包括：
在该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较高时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为上坡地形；以及
计算该上坡地形的坡度及对应该坡度的垂直高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该上坡地形高度。
17.如权利要求15所述的控制方法，其还包括：
在该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较低时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为下坡地形；以及
计算该下坡地形的坡度及对应该坡度的垂直高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该下坡地形高度。
18.如权利要求15所述的控制方法，其还包括：
在该至少一个测量点的垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置相近时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为平地地形；以及
调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该平地地形。
19.如权利要求15所述的控制方法，其还包括：
在该至少一个测量点与该外骨骼系统的分支底部的水平距离不大于第一值，但垂直距离大于第二值时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形包含凸出物；以及
计算该凸出物的大小，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向跨越该凸出物、落于该凸出物之上、闪避该凸出物或停止前进。
20.如权利要求15所述的控制方法，其还包括：
在该至少一个测量点大致位于平面，且垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较高时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为上行阶梯地形；以及
计算该上行阶梯地形的阶梯高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该上行阶梯地形。
21.如权利要求15所述的控制方法，其还包括：
在该至少一个测量点大致位于平面，且垂直位置相对于该外骨骼系统的分支底部的当前垂直位置较低时，判断该外骨骼系统的该行进方向的前方地形为下行阶梯地形；以及
计算该下行阶梯地形的阶梯高度，并据以调整该驱动装置的运作，使该分支底部在该行进方向的下一落地点符合该下行阶梯地形。
CN201911373232.0A 2019-12-06 2019-12-27 控制装置、外骨骼系统及控制方法 Active CN112917471B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108144735 2019-12-06
TW108144735A TWI773947B (zh) 2019-12-06 2019-12-06 控制裝置、外骨骼系統及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112917471A true CN112917471A (zh) 2021-06-08
CN112917471B CN112917471B (zh) 2022-05-24

Family

ID=69960563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911373232.0A Active CN112917471B (zh) 2019-12-06 2019-12-27 控制装置、外骨骼系统及控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210170572A1 (zh)
EP (1) EP3831541B1 (zh)
CN (1) CN112917471B (zh)
TW (1) TWI773947B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113547539A (zh) * 2021-07-30 2021-10-26 深圳市优必选科技股份有限公司 万向节、腿部结构及人形机器人

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11853034B2 (en) * 2020-05-08 2023-12-26 Skip Innovations, Inc. Exosuit activity transition control

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002144278A (ja) * 2000-11-13 2002-05-21 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボット
CN101111211A (zh) * 2005-01-26 2008-01-23 山海嘉之 穿戴式动作辅助装置以及控制用程序
US20100256537A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-07 Syco Di Hedvig Haberl & C.S.A.S. System for controlling an exoskeleton haptic device for rehabilitation purposes, and corresponding exoskeleton haptic device
US20110066088A1 (en) * 2007-12-26 2011-03-17 Richard Little Self contained powered exoskeleton walker for a disabled user
TWM555539U (zh) * 2017-08-10 2018-02-11 城市學校財團法人臺北城市科技大學 安全提醒裝置
US20180147074A1 (en) * 2015-05-18 2018-05-31 Inventus Engineering Gmbh Prosthetic or exoskeleton component, prosthesis or exoskeleton, and method
CN109132392A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 广西大学 一种agv叉车坡道识别方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10080672B2 (en) * 2005-03-31 2018-09-25 Bionx Medical Technologies, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
US20100174384A1 (en) * 2008-09-04 2010-07-08 Iwalk, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
CA2769975A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-06 Rex Bionics Limited Control system for a mobility aid
AU2011311954B2 (en) * 2010-10-06 2014-08-07 Ekso Bionics Human machine interfaces for lower extremity orthotics
WO2012100250A1 (en) * 2011-01-21 2012-07-26 Iwalk, Inc. Terrain adaptive powered joint orthosis
US9675512B2 (en) * 2013-03-14 2017-06-13 Elwha Llc Leg locomotion devices
KR102172954B1 (ko) * 2013-11-08 2020-11-02 삼성전자주식회사 보행 보조 로봇 및 보행 보조 로봇의 제어 방법
US10213357B2 (en) * 2014-03-21 2019-02-26 Ekso Bionics, Inc. Ambulatory exoskeleton and method of relocating exoskeleton
CN104013513B (zh) * 2014-06-05 2016-08-17 电子科技大学 康复机器人感知系统及其方法
WO2017064720A2 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Rewalk Robotics Ltd. Apparatuses, systems and methods for controlling exoskeletons
FR3061653B1 (fr) * 2017-01-10 2019-05-31 Wandercraft Procede de mise en mouvement d'un exosquelette
EP3648726A4 (en) * 2017-08-29 2021-07-21 Roam Robotics Inc. SEMI-SUPERVISED INTENT RECOGNITION SYSTEM AND PROCESS
US10624809B2 (en) * 2017-11-09 2020-04-21 Free Bionics Taiwan Inc. Exoskeleton robot and controlling method for exoskeleton robot

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002144278A (ja) * 2000-11-13 2002-05-21 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボット
CN101111211A (zh) * 2005-01-26 2008-01-23 山海嘉之 穿戴式动作辅助装置以及控制用程序
US20110066088A1 (en) * 2007-12-26 2011-03-17 Richard Little Self contained powered exoskeleton walker for a disabled user
US20100256537A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-07 Syco Di Hedvig Haberl & C.S.A.S. System for controlling an exoskeleton haptic device for rehabilitation purposes, and corresponding exoskeleton haptic device
US20180147074A1 (en) * 2015-05-18 2018-05-31 Inventus Engineering Gmbh Prosthetic or exoskeleton component, prosthesis or exoskeleton, and method
CN109132392A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 广西大学 一种agv叉车坡道识别方法
TWM555539U (zh) * 2017-08-10 2018-02-11 城市學校財團法人臺北城市科技大學 安全提醒裝置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113547539A (zh) * 2021-07-30 2021-10-26 深圳市优必选科技股份有限公司 万向节、腿部结构及人形机器人

Also Published As

Publication number Publication date
EP3831541B1 (en) 2022-06-15
US20210170572A1 (en) 2021-06-10
CN112917471B (zh) 2022-05-24
TW202123256A (zh) 2021-06-16
TWI773947B (zh) 2022-08-11
EP3831541A1 (en) 2021-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210147016A1 (en) Mechanically-Timed Footsteps for a Robotic Device
US12151380B2 (en) Robotically negotiating stairs
KR102762233B1 (ko) 제약된 이동성 매핑
JP4143103B2 (ja) 移動装置、ならびにその制御システム、制御プログラムおよび監督システム
US20240193936A1 (en) Identifying stairs from footfalls
JP4618247B2 (ja) ロボット装置及びその動作制御方法
US20130116820A1 (en) Walking robot and control method thereof
JP4171510B2 (ja) 移動装置、ならびにその制御システム、制御プログラムおよび監督システム
CN110381910A (zh) 步行支援系统、步行支援方法及步行支援程序
KR20180096241A (ko) 보행 보조 장치의 제어 방법 및 장치
JP2005074620A (ja) 簡易地面反力センサを用いる歩行ロボット及びその制御方法
CN112917471A (zh) 控制装置、外骨骼系统及控制方法
WO2015137169A1 (ja) 地形判断装置、脚式移動ロボット、ロボットシステム、脚式移動ロボットの制御方法、及び、ロボットシステムの制御方法
CN115344040A (zh) 一种足式机器人足端轨迹规划的方法、装置及足式机器人
JP6892393B2 (ja) 足接地位置追随装置、その動きを制御する方法、コンピュータ実行可能なプログラム、及びそれを格納したコンピュータ読取可能な非一時的な情報記録媒体
CN117270551A (zh) 基于局部环境感知的四足机器人自主攀爬楼梯方法及系统
JP2007190654A (ja) 脚車輪型ロボット
CN111267990A (zh) 一种轮腿复合式机器人运动控制设备、方法、装置及系统
JP2008126382A (ja) 脚式移動ロボット、及びその制御方法
KR101740249B1 (ko) 휴머노이드 로봇의 자세 제어 장치 및 방법
Fair et al. Automated staircase detection, alignment & traversal
KR101820775B1 (ko) 로봇 발 착지 제어시스템
US20240123613A1 (en) Robot control method, robot control system, and computer readable medium
JP2006255798A (ja) 歩行ロボット装置
JP2003025260A (ja) 脚型ロボットの歩行制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant