[发明专利]控制机器人步态的方法

说明书

技术领域

本公开基本上涉及一种控制可穿戴式机器人步态的方法，其中根据该可穿戴式机器人的各个状态可适用多种控制算法，使得穿戴者可以感觉到稳定感和重量减少的效果。

背景技术

本公开涉及一种步态控制算法，其帮助穿戴可穿戴式机器人下肢的穿戴者的步态，该可穿戴式机器人包括具有未知重量的物体。

该可穿戴式机器人可以处于站立状态和行走状态。

因此，在初始站立状态下需要保持具有未知重量的机器人的姿势，并且在行走状态下需要用于支承腿和摆动腿的各个控制算法。

在相关技术中，KR 10-1179159 B1“可穿戴式机器人的脚传感器装置和理解穿戴者步态意向的方法”（“FOOT SENSOR DEVICE OF WEARABLE ROBOT AND METHOD OF UNDERSTANDING INTENTION OF GAIT OF WEARER”）公开了一种技术。在该文件中，脚传感器装置包括第一传感器，其布置在穿戴者的脚趾所位于的可穿戴式机器人的脚部件的上表面区域中；第二传感器，其布置在穿戴者的跖球（ball of the foot）所位于的脚部件的上表面区域中；第三传感器，其布置在穿戴者的脚跟所位于的脚部件的上表面区域中；和控制器，其基于来自第一传感器至第三传感器的信号确定穿戴者的步态的意向。第一传感器至第三传感器在负载被施加于其上时打开，并且在无负载被施加于其上时关闭。当所有第一至第三传感器关闭时，控制器确定穿戴者的脚离开地面；当第一传感器打开且第二和第三传感器关闭时，控制器确定穿戴者处于跖屈状态；当第一和第二传感器关闭且第三传感器打开时，控制器确定穿戴者处于脚跟着地状态；并且当第一至第三传感器中的每个传感器均打开时，控制器确定穿戴者站立，其整个脚底附着到脚部件。

本公开提出一种步态控制算法，其可以使用于控制可穿戴式机器人步态的传感器数量最小化。

背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本公开背景的理解，而不应该被视为是确认或以任何形式建议，该信息构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

专利文件1：KR 10-1179159B1

发明内容

本公开提出一种控制可穿戴式机器人步态的方法，其中根据可穿戴式机器人的各个状态，可适用多种控制算法，使得穿戴者可以感觉到稳定感和重量减少的效果。

根据本公开的一方面，提供一种使用机器人的脚传感器控制可穿戴式机器人步态的方法。该方法包括以下步骤：确定机器人是否在行走；当确定机器人在行走时，使用脚传感器确定机器人是支承在双脚上还是单脚上；当确定机器人在行走并支承在双脚上时，执行姿势保持控制；当确定机器人在行走并支承在单脚上时，基于重力补偿和负载补偿执行对支承腿的支承控制；以及当确定机器人在行走并支承在单脚上时，生成使摆动腿摆动的假想斥力。

在示例性实施方式中，可以使用机器人的脚传感器或机器人关节（joint）上的编码器执行确定机器人是否在行走的步骤。

在示例性实施方式中，确定机器人是否在行走的步骤可包括当确定机器人未在行走时，执行姿势保持控制。

在示例性实施方式中，执行支承控制的步骤可包括使用支承腿上的脚传感器确定行走速度。

在示例性实施方式中，生成假想斥力的步骤可包括根据在执行支承控制的步骤中确定的行走速度，迅速控制步幅或脚趾尖的移动速度。

在示例性实施方式中，生成假想斥力的步骤可包括在摆动腿的脚离开地面的时刻生成假想斥力。

在示例性实施方式中，所生成的假想斥力可以是余弦函数，其大小在斥力被施加时从最大值逐渐减小。

在示例性实施方式中，脚传感器可包括连续布置在脚纵向上的多个传感元件。

根据控制具有上述配置的可穿戴式机器人步态的方法，通过测量添加负载的重量和机器人在直立状态的高度，可以转换机器人的姿势。还可以根据穿戴者的外形保持穿戴者在初始状态的姿势，并且穿戴者可以具有较好的穿着感。

当选择性地输入根据机器人状态即支承在双脚上（双脚支承状态）还是单脚上（单脚支承状态）而不同的控制算法时，使用脚传感器确定步态的算法可以具有初始作用。

此外，单脚支承状态下的支承腿控制算法计算机器人和穿戴者的重量以及未知的负载重量，并且同时，使用由脚底上的脚传感器生成的信息计算行走速度。

单脚支承状态下的摆动腿控制算法是控制机器人的前进步态的控制算法，并可以帮助机器人摆动以便生成假想斥力，并可以控制步态。

此外，当可穿戴式机器人工作时，双脚支承状态下的姿势控制算法可以保持双脚支承状态下的姿势。