[發明專利]基于實時地形識別的外骨骼助力系統

在審

• 申請號: 202211501343.7
• 申請日: 2022-11-28
• 公開（公告）號: CN115837664A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 楊芳亮;陳春杰;吳新宇;王卓;陳暉;陳少聰;徐垠升;劉耀;郭利剛;肖楊;何廷煒
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J13/08;B25J9/16
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發明涉及機器人技術領域，特別涉及基于實時地形識別的外骨骼助力系統；本發明的采集模塊實時采集周邊環境信息且實時處理與分類，其識別預測模塊根據所述采集執行模塊傳輸的信息進行分析預測，其助力控制模塊根據所述識別預測模塊傳送的信號驅動與協助控制下肢的運動；本發明實時采集周邊環境信息,進而進行識別與劃分，并在不同的地形下提供不同的助力曲線，進而可以實現在復雜動態環境中實時調整下肢運動的助力策略，對復雜環境具有更好的魯棒性與適應性。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別涉及基于實時地形識別的外骨骼助力系統。

背景技術

近年來，可穿戴柔性外骨骼的進步越來越受到關注，隨著最新的技術進步，可穿戴柔性外骨骼不再局限于實驗環境或固定應用場景，例如基于跑步機的步態訓練等；越來越多的可穿戴外骨骼已應用于協助日常生活中行動不便的人，這就需要增強對復雜環境的適應能力，同時實時地對環境進行預測并提供助力是未來外骨骼系統走向民用的一個必經環節。

目前大部分外骨骼系統主要還是在離線情形下進行的，一方面離線情形下可變因素少，控制的環境種類差異性小，對地形做分類以及預測準確率高等特點，助力與控制都相對而言較易于實現，但是未來外骨骼系統要走出實驗室，邁向民用等更為普通的場合，對于環境以及地形的實時識別就顯得尤為重要了，同時能夠在復雜環境下對于不同的地形做出預測，反饋到外骨骼控制器，可以使得外骨骼更加主動地自適應環境的變化，使得外骨骼系統對于復雜的環境具有更好的魯棒性與適應性。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供了基于實時地形識別的外骨骼助力系統，其實時采集周邊環境信息,進而進行識別與劃分，并在不同的地形下提供不同的助力曲線，進而可以實現在復雜動態環境中實時調整下肢運動的助力策略，對復雜環境具有更好的魯棒性與適應性。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供基于實時地形識別的外骨骼助力系統，其中，包括：

采集模塊，用于實時采集周邊環境信息且實時處理與分類；

識別預測模塊，用于根據所述采集執行模塊傳輸的信息進行分析預測；

助力控制模塊，用于根據所述識別預測模塊傳送的信號驅動與協助控制下肢的運動。

作為本發明的一種改進，所述采集模塊包括：

傳感器單元，用于采集周邊環境信息；

控制單元，用于接收所述傳感器單元采集的信息且對其進行處理。

作為本發明的進一步改進，所述傳感器單元包括用于捕獲視頻流的深度攝像機和用于測量髖關節的角度和角速度信息的慣性測量單元。

作為本發明的更進一步改進，所述控制單元包括STM32控制板及用于通信的藍牙模塊和通信模塊。

作為本發明的更進一步改進，所述識別預測模塊包括多頭自注意力單元、多層感知單元和層歸一化單元，所述多頭自注意力單元將接收的信息進行分割，并行執行注意功能，然后每個頭的輸出值被連接并線性投影以形成最終的輸出。

作為本發明的更進一步改進，所述識別預測模塊還包括用于進行圖像處理與地形預測及基于VIT方法進行環境信息分類的AI處理單元。

作為本發明的更進一步改進，所述AI處理單元內設有TX2模型。

作為本發明的更進一步改進，所述助力控制模塊包括：

驅動單元，用于接收所述控制單元的信號進行工作；

協助運動單元，用于接收所述驅動單元的信號協助控制下肢的運動。

作為本發明的更進一步改進，所述驅動單元包括驅動器、減速器、鮑登線、綁縛、繩索和負載。