外骨骼运动控制方法的简单解读

2023-11-30 08:36

本文主要是介绍外骨骼运动控制方法的简单解读,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

Title: 外骨骼运动控制方法的简单解读

文章目录

  • I. 前言
  • II. 关节运动控制 —— 运动轨迹/运动意图的跟踪
  • III. 柔性交互控制 —— 提高外骨骼和人交互的 "透明性"
  • IV. 能量成型控制 —— 借鉴双足机器人的无源步态控制
  • V. 贝叶斯优化 ——控制参数的优化与学习
  • VI. 小节
  • 个人对外骨骼应用的看法



I. 前言

针对如下四种外骨骼运动控制方法, 进行论文调研与简单解读.

[1] 关节运动控制 —— 运动轨迹/运动意图的跟踪

[2] 柔性交互控制 —— 最常用方法, 提高外骨骼和人交互的 “透明性”

[3] 能量成型控制 —— 借鉴双足机器人的无源步态控制

[4] 贝叶斯优化 —— 控制参数的优化与学习

外骨骼用到了机器人技术, 但应该不算机器人. 不像机器人最重要的是要实现自主功能 (自主运动、自主规划、自主决策等), 而外骨骼是反过来的, 没有自主功能只是一件机械工具. 外骨骼需要判断和预测人体运动意图, 并和人体一起执行该运动意图, 起到加强人体运动能力的作用.

其难点主要有两点:

(1) 人体运动意图的识别与预测

(2) 人-机耦合动力学系统的控制

其中前者对外骨骼来说更基础, 许多研究和开发侧重于此, 比如通过肌电生理信号、IMU (加速度计+陀螺仪) 运动信号、甚至人-机接触的压力/扭矩信号等进行运动意图的识别和预测.

正确地且实时地预测了人体意图后, 如何更优的进行力与运动的辅助则是第二点中动力学系统控制的内容了. 因为外骨骼耦合了人体肌肉骨骼系统, 使得整个系统从建模到控制都异常困难, 很利用经典控制理论导出优美的最优控制方法, 故而最终对控制律的评价都只能通过实验中人体的呼吸、代谢等指标来衡量有效性.

下面我们简单选几篇曾经看过的论文简单解读一下, 争取对外骨骼的运动控制有所了解 (回顾).



II. 关节运动控制 —— 运动轨迹/运动意图的跟踪


外骨骼运动控制方法-无论文标题_02

[1] G. Liang, et al. “PID control for the robotic exoskeleton: Application to lower extremity rehabilitation,” IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2012


外骨骼运动控制方法-无论文标题_03

[2] C. Fleischer, et al. “Application of EMG signals for controlling exoskeleton robots.” Biomed Tech (Berl), 2006



III. 柔性交互控制 —— 提高外骨骼和人交互的 “透明性”


外骨骼运动控制方法-无论文标题_05
外骨骼运动控制方法-无论文标题_06
外骨骼运动控制方法-无论文标题_07

[3] Y. Ding, et al. “IMU-based iterative control for hip extension assistance with a soft exosuit,” ICRA, 2016


外骨骼运动控制方法-无论文标题_08
外骨骼运动控制方法-无论文标题_08
外骨骼运动控制方法-无论文标题_10

[4] G. Lee, Y. Ding, I. G. Bujanda, N. Karavas, Y. M. Zhou and C. J. Walsh, “Improved assistive profile tracking of soft exosuits for walking and jogging with off-board actuation,” IROS, 2017



IV. 能量成型控制 —— 借鉴双足机器人的无源步态控制


外骨骼运动控制方法-无论文标题_12
外骨骼运动控制方法-无论文标题_13
外骨骼运动控制方法-无论文标题_14
外骨骼运动控制方法-无论文标题_15

[5] G. Lv, H. Zhu and R. D. Gregg, “On the Design and Control of Highly Backdrivable Lower-Limb Exoskeletons: A Discussion of Past and Ongoing Work,” in IEEE Control Systems Magazine, 2018


V. 贝叶斯优化 ——控制参数的优化与学习


外骨骼运动控制方法-无论文标题_17
外骨骼运动控制方法-无论文标题_18
外骨骼运动控制方法-无论文标题_19
外骨骼运动控制方法-无论文标题_20
外骨骼运动控制方法-无论文标题_21

[6] Y. Ding, et al. “Human-in-the-loop optimization of hip assistance with a soft exosuit during walking,” Science Robotics, 2018

[7] Eric Brochu, Vlad M. Cora, Nando de Freitas, “A Tutorial on Bayesian Optimization of Expensive Cost Functions, with Application to Active User Modeling and Hierarchical Reinforcement Learning”, arXiv:1012.2599, 2009



VI. 小节

以上只是简单调研了几篇文献, 值得一提的是韩国三星的助老用的髋关节外骨骼在论文发表和产品开发都很不错.



个人对外骨骼应用的看法

自己接触过一段时间的外骨骼研发, 个人对外骨骼应用的看法:

外骨骼用在帮助残障人士、术后康复训练、老年人日常助行等方面应该确有需求. [!]

消防、救援等场合, 外骨骼是否带来正真的助力和灵活, 而不是增加使用者的负重和阻碍呢. [?]

至于工业、军事等应用, 为什么不直接把机器人造好呢?毕竟把人放在战场或者恶劣环境都不人性化. [X]


这篇关于外骨骼运动控制方法的简单解读的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/436355

相关文章

最详细安装 PostgreSQL方法及常见问题解决

《最详细安装PostgreSQL方法及常见问题解决》:本文主要介绍最详细安装PostgreSQL方法及常见问题解决,介绍了在Windows系统上安装PostgreSQL及Linux系统上安装Po... 目录一、在 Windows 系统上安装 PostgreSQL1. 下载 PostgreSQL 安装包2.

SQL中redo log 刷⼊磁盘的常见方法

《SQL中redolog刷⼊磁盘的常见方法》本文主要介绍了SQL中redolog刷⼊磁盘的常见方法,将redolog刷入磁盘的方法确保了数据的持久性和一致性,下面就来具体介绍一下,感兴趣的可以了解... 目录Redo Log 刷入磁盘的方法Redo Log 刷入磁盘的过程代码示例(伪代码)在数据库系统中,r

Python实现图片分割的多种方法总结

《Python实现图片分割的多种方法总结》图片分割是图像处理中的一个重要任务,它的目标是将图像划分为多个区域或者对象,本文为大家整理了一些常用的分割方法,大家可以根据需求自行选择... 目录1. 基于传统图像处理的分割方法(1) 使用固定阈值分割图片(2) 自适应阈值分割(3) 使用图像边缘检测分割(4)

Java中Switch Case多个条件处理方法举例

《Java中SwitchCase多个条件处理方法举例》Java中switch语句用于根据变量值执行不同代码块,适用于多个条件的处理,:本文主要介绍Java中SwitchCase多个条件处理的相... 目录前言基本语法处理多个条件示例1:合并相同代码的多个case示例2:通过字符串合并多个case进阶用法使用

Mysql用户授权(GRANT)语法及示例解读

《Mysql用户授权(GRANT)语法及示例解读》:本文主要介绍Mysql用户授权(GRANT)语法及示例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录mysql用户授权(GRANT)语法授予用户权限语法GRANT语句中的<权限类型>的使用WITH GRANT

Spring Security+JWT如何实现前后端分离权限控制

《SpringSecurity+JWT如何实现前后端分离权限控制》本篇将手把手教你用SpringSecurity+JWT搭建一套完整的登录认证与权限控制体系,具有很好的参考价值,希望对大家... 目录Spring Security+JWT实现前后端分离权限控制实战一、为什么要用 JWT?二、JWT 基本结构

Android实现两台手机屏幕共享和远程控制功能

《Android实现两台手机屏幕共享和远程控制功能》在远程协助、在线教学、技术支持等多种场景下,实时获得另一部移动设备的屏幕画面,并对其进行操作,具有极高的应用价值,本项目旨在实现两台Android手... 目录一、项目概述二、相关知识2.1 MediaProjection API2.2 Socket 网络

Python中__init__方法使用的深度解析

《Python中__init__方法使用的深度解析》在Python的面向对象编程(OOP)体系中,__init__方法如同建造房屋时的奠基仪式——它定义了对象诞生时的初始状态,下面我们就来深入了解下_... 目录一、__init__的基因图谱二、初始化过程的魔法时刻继承链中的初始化顺序self参数的奥秘默认

html5的响应式布局的方法示例详解

《html5的响应式布局的方法示例详解》:本文主要介绍了HTML5中使用媒体查询和Flexbox进行响应式布局的方法,简要介绍了CSSGrid布局的基础知识和如何实现自动换行的网格布局,详细内容请阅读本文,希望能对你有所帮助... 一 使用媒体查询响应式布局        使用的参数@media这是常用的

Spring 基于XML配置 bean管理 Bean-IOC的方法

《Spring基于XML配置bean管理Bean-IOC的方法》:本文主要介绍Spring基于XML配置bean管理Bean-IOC的方法,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一... 目录一. spring学习的核心内容二. 基于 XML 配置 bean1. 通过类型来获取 bean2. 通过