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外骨骼離線(xiàn)參數化上樓梯步態(tài)規劃
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作者:
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武漢理工大學(xué),武漢理工大學(xué),,,

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國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃(973 計劃),NSFC-深圳機器人研究中心項目


Exoskeleton Off-line Parameterization Stairs-ascending Gait Planning
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    摘要:

    為擴大脊椎損傷患者在外骨骼機器人輔助下的活動(dòng)范圍而不僅僅只是起坐、站立和行走,提出一種離線(xiàn)參數化上樓梯 步態(tài)規劃算法,該算法基于慣性測量單元檢測穿戴者運動(dòng)意圖,基于足底壓力傳感器計算整個(gè)系統的零力矩點(diǎn)(ZMP) 以確 保上樓梯過(guò)程的安全性。 該算法根據人體大腿、小腿長(cháng)度、樓梯高度和寬度等參數規劃出關(guān)節的最優(yōu)空間位置軌跡, 然后通 過(guò)逆運動(dòng)學(xué)求解關(guān)節角度軌跡,該算法可為不同的穿戴者生成適應于不同樓梯尺寸的步態(tài)軌跡, 最后 3 名實(shí)驗者穿戴外骨骼 在樓梯高度 18cm、寬度 26cm 的樓梯上實(shí)驗,外骨骼按照規劃的步態(tài)軌跡幫助穿戴者多次完成上樓梯任務(wù),規劃的樓梯尺寸 與實(shí)際測量的尺寸誤差在 2%以?xún)龋ㄟ^(guò)實(shí)驗驗證了該算法的有效性與實(shí)用性。

    Abstract:

    In order to extend the sphere of activities of the spine-injured patients with the assistance of exoskeleton robots, it’s more than just getting up, standing and walking. This study proposes an off-gauge parameterization algorithm for stair-ascending gait planning. The algorithm is based on an inertial measurement unit to detect the motion intention of the wearer. To ensure the safety of the stair-climbing process, the zero-moment point (ZMP) of the entire system is calculated based on the plantar pressure sensor. The algorithm designs the optimal trajectory of the joint spatial position based on parameters such as the length of the thigh and the lower leg, the height and the width of the stairs, then solve the trajectory of the joint angle through inverse kinematics. The algorithm can generate different gait trajectories for different wearers to adapt to different stair dimensions. In the end, three experimenters wear the exoskeleton and walk on a stair with a height of 18cm and a width of 26cm. The exoskeleton helps the wearer complete the task of climbing stairs according to the planned gait trajectory. The experiment verifies the effectiveness and practicability of the algorithm

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

閆澤峰,王志輝,馬勛舉,李康,彭安思.外骨骼離線(xiàn)參數化上樓梯步態(tài)規劃計算機測量與控制[J].,2019,27(1):199-204.

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歷史
  • 收稿日期:2018-06-21
  • 最后修改日期:2018-07-10
  • 錄用日期:2018-07-11
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2019-01-25
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