[发明专利]行动辅助机器人的姿态估测方法

说明书

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。

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，驱动其动力系统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 Medical Technologies(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、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，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。

附图说明