[发明专利]用于运动辅助的人类意图检测系统

说明书

一种用于人类意图检测(HID)的装置和方法。在优选实施例中，利用能够读取不同运动类型的肌肉活动和人类用户中的肌力的嵌入在柔性带内的力感测电阻器(FSR)的阵列。在本发明的一个实施方式中，两个这样的带被附接到前臂和上臂。从传感器的读数，通过机器学习、支持向量机(SVM)算法或神经网络自动区分运动类型和肌力的模式。该方法是有利的，例如检测手臂的灵巧运动，基于此可以控制辅助外骨骼进行运动辅助。本发明还可应用于手势识别和双侧康复，除此之外，本发明还可用于控制下半身外骨骼。

技术领域

本发明涉及人类意图检测(HID)系统领域，特别地用于运动辅助，例如用于由肢体(手臂或腿)的运动控制的外骨骼运动辅助装置或机器人装置的控制。具体地说，本发明涉及灵巧手臂运动(弯曲/伸展)和物理努力(力)的检测。

背景技术

辅助外骨骼是可穿戴电子机械装置，附接到使用者的身体，目的是帮助他们进行身体运动。意图检测在辅助外骨骼的有效运动控制中起着关键作用。已经尝试通过解释认知活动来检测人类意图。采用EEG和EMG传感器分别读取大脑和肌肉的电信号。这种技术的限制是计算开销和使用不便。传感器必须贴在皮肤上的适当位置，这不舒服也不方便。如果意图检测系统是为辅助外骨骼设计的，那么这种传感器安装方式产生巨大的不同。此外，由于皮肤潮湿，传感器的稳定性和可靠性也是一个问题。

已经有关于检测姿势和握力的报告。但是，关于肘关节的弯曲/伸展以及上臂肌肉为承受不同的负荷而施加的力，以往没有报道过。

发明内容

为了通过已知的人类意图检测系统解决上述问题，本发明在第一方面提供一种人类意图检测装置，设置用于检测人类用户的预期运动并相应地产生输出，例如用于输入到执行器装置，该方法包括：

-第一力感测装置，设置用于围绕人类用户的肢体部分的上部安装，例如安装在上臂上，以允许感测肌肉收缩活动，其中第一力感测装置包括空间分布的多个力传感器，以允许检测人类用户的上肢部分的不同肌肉部分并相应地产生输出，例如包括被设置用于生成各个输出的至少5个空间分布的FSR，以及

-处理器装置，设置用于接收来自第一力感测装置的所述力传感器的所述输出，其中处理器装置包括设置用于响应于第一力感测装置的力传感器的所述输出而执行检测算法的处理器，以及其中处理器装置被设置为根据检测算法的输出而实时输出预期运动和预期力。

因此，本发明提出了一种用FSR开发的新的HID系统，如果将FSR围绕肢体/手指安装，FSR能够测量径向方向的肌肉压力，从其可以检测出人体的动作意图。在优选实施例中，HID装置包括内嵌FSR且辅以机器学习算法的传感器带，以便以高精度检测人对手臂灵巧运动的意图，即运动类型和肌肉努力或力。本发明的优点是设计紧凑、舒适，甚至可以穿在薄衣服上，使其更方便、更容易使用。

基于发明者的洞察力，可以提供一种检测算法，基于安装在上肢上的力传感器的肌肉收缩活动检测，能够相当精确地检测出人类用户对肢体(手臂或腿)的运动(空间)和力(努力)的意图。特别地，通过用户的上臂上的5个FSR，可以以足以控制机器人手臂或外骨骼执行器装置用于辅助运动的方式检测预期运动和力机器人手臂。

HID装置可应用于大量应用中的辅助外骨骼执行器装置的控制，包括例如：工业、执法、军事、消防、建筑、园艺等。此处，外骨骼设备可以帮助人举起更重的负荷和/或在较长时间内重复同样动作而不会感到疲劳。其他类型的应用是治疗，例如用于训练、康复及协助长者或残疾人士进行正常的日常活动，包括手臂和/或腿的运动。

在下文中，将描述优选特性及实施例。