辅助扭矩设置方法和设备的制造方法
【专利说明】
[00011 本申请要求于2014年12月26日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0190782号韩 国专利申请以及于2015年9月21日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0133395号韩国专 利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用全部合并于此。
技术领域
[0002] 示例实施例涉及辅助扭矩设置的方法和/或被配置为执行所述方法的设备。
【背景技术】
[0003] 随着快速老龄化社会的来临，许多人可能正由于关节问题而经受不便和疼痛。因 此，对能够使具有关节问题的老年人或患者行走更轻松的行走辅助设备的兴趣日益增长。 此外，用于加强人体的肌肉力量的行走辅助设备可用于军事目的。
[0004]通常，行走辅助设备可包括置于用户躯干上的身体框架、结合到身体框架下侧以 覆盖用户骨盆的骨盆框架(pelvic frame)、置于用户大腿上的股骨框架(femoral frame)、 置于用户小腿上的小腿肚框架（sural frames)和置于用户脚上的足框架(pedial frame) 〇 骨盆框架和股骨框架可通过髋关节部可旋转地连接，股骨框架和小腿肚框架可通过膝关节 部可旋转地连接，和/或小腿肚框架和足框架可通过踝关节部可旋转地连接。
【发明内容】
[0005] -些示例实施例涉及辅助扭矩设置设备。
[0006] 在一些示例实施例中，所述设备可包括:步行数据接收器，被配置为接收用户的步 行数据;平稳辅助扭矩设置器，被配置为使用基于步行数据计算的至少一个指标的评估值 设置平稳辅助扭矩;基本辅助扭矩设置器，被配置为基于步行数据设置与用户的步行运动 相应的基本辅助扭矩;最终辅助扭矩设置器，被配置为基于平稳辅助扭矩和基本辅助扭矩 设置最终辅助扭矩。
[0007] 平稳辅助扭矩设置器可包括:指标评估器，被配置为基于步行数据计算所述至少 一个指标的评估值;权重计算器，被配置为基于评估值与和所述至少一个指标相应的阈值 之间的差计算所述至少一个指标的权重;平稳辅助扭矩计算器，被配置为通过将权重应用 于与所述至少一个指标相应的初始平稳辅助扭矩来计算平稳辅助扭矩。
[0008] 所述至少一个指标可包括以下项中的至少一个:指示用户的两条腿之间的对称度 的步行对称性、用户的复步长度、用户的复步宽度、指示地面与用户的脚之间的间距的脚间 隙、指示脚向地面下降的速度的着地速度和行走比。
[0009] 指标评估器可被配置为:基于复步对步行数据进行分类，并基于分类的步行数据 计算所述至少一个指标的评估值。
[0010] 指标评估器可被配置为：将评估值与预定阈值进行比较，并基于所述至少一个指 标确定用户的步行是否平稳。
[0011] 指标评估器可被配置为:估计步行数据中用户的左髋关节角的轨迹与右髋关节角 的轨迹之间的相似度，并将相似度确定为步行对称性的评估值。
[0012] 指标评估器可被配置为:基于动态时间规整(DTW)估计用户的左髋关节角的轨迹 与右髋关节角的轨迹之间的相似度。
[0013] 指标评估器可被配置为:通过计算步行数据中左髋关节角范围的平均值与右髋关 节角范围的平均值来针对多个复步估计平均复步长度，并将平均复步长度确定为复步长度 的评估值。
[0014] 指标评估器可被配置为:针对多个复步从步行数据提取左髋关节的最大弯曲角和 右髋关节的最大弯曲角;将左髋关节的最大弯曲角和右髋关节的最大弯曲角确定为脚间隙 的评估值。
[0015] 权重计算器可被配置为:通过对评估值与阈值之间的差进行归一化来计算权重。
[0016] 权重计算器可被配置为:将"0"设置为指标评估器确定用户的步行平稳的指标的 权重。
[0017] 平稳辅助扭矩计算器可被配置为:基于步行数据设置初始平稳辅助扭矩。
[0018] 平稳辅助扭矩计算器可被配置为:基于步行数据中左髋关节角的轨迹与右髋关节 角的轨迹之间的差设置用于步行对称性的初始平稳辅助扭矩。
[0019] 平稳辅助扭矩计算器可被配置为:基于步行数据中左髋关节角的轨迹和右髋关节 角的轨迹提取用户的左腿和右腿相交的相交时间点;将从相交时间点开始的预定时间段的 峰值扭矩设置为复步长度的初始平稳辅助扭矩。
[0020] 平稳辅助扭矩计算器可被配置为:基于步行数据中左髋关节角的轨迹和右髋关节 角的轨迹提取用户的摆动的腿接近地面的时间点;将从提取的时间点开始的预定时间段的 峰值扭矩设置为脚间隙的初始平稳辅助扭矩。
[0021 ]所述辅助扭矩设置设备还可包括:步行运动识别器，被配置为基于步行数据识别 用户的步行运动;其中，基本辅助扭矩设置器可被配置为：响应于步行运动识别器识别到用 户没有执行步行运动，将基本辅助扭矩设置为"〇"。
[0022] 基本辅助扭矩设置器可被配置为:通过将步行数据应用于自适应振荡器(A0)来估 计用户的步行运动的周期性;将与估计的周期性相应的辅助扭矩设置为基本辅助扭矩。
[0023] 基本辅助扭矩设置器可被配置为:将用户的步行运动建模为处于多个状态中；通 过将步行数据应用于有限状态机(FSM)来识别建模的步行状态中与用户的步行运动相应的 步行状态;将基于识别的步行状态获得的辅助扭矩设置为基本辅助扭矩。
[0024] 最终辅助扭矩设置器可被配置为:通过将平稳辅助扭矩与基本辅助扭矩进行组合 来设置最终辅助扭矩。
[0025] 最终辅助扭矩设置器可被配置为:将平稳辅助扭矩与基本辅助扭矩之间的具有较 大绝对值的值设置为最终辅助扭矩。
[0026] 其它示例实施例涉及辅助扭矩设置设备。
[0027] 在一些示例实施例中，所述辅助扭矩设置设备可包括:指标评估器，被配置为基于 用户的步行数据计算指示用户的步行稳定性的至少一个指标的评估值;权重计算器，被配 置为基于评估值与和所述至少一个指标相应的阈值之间的差计算所述至少一个指标的权 重;辅助扭矩设置器，被配置为通过将权重应用于与所述至少一个指标相应的初始平稳辅 助扭矩来设置平稳辅助扭矩。
[0028] 平稳辅助扭矩设置器可被配置为:基于步行数据设置初始平稳辅助扭矩。
[0029] 所述辅助扭矩设置设备还可包括:基本辅助扭矩设置器，被配置为基于步行数据 设置与用户的步行运动相应的基本辅助扭矩，其中，基本辅助扭矩设置器可被配置为基于 基本辅助扭矩和平稳辅助扭矩设置最终辅助扭矩。
[0030] 其它示例实施例涉及行走辅助设备。
[0031 ]在一些示例实施例中，所述行走辅助设备可包括:步行数据接收器，被配置为接收 用户的步行数据;平稳辅助扭矩设置器，被配置为基于步行数据计算至少一个指标的评估 值，基于评估值设置平稳辅助扭矩;基本辅助扭矩设置器，被配置为基于步行数据设置与用 户的步行运动相应的基本辅助扭矩;最终辅助扭矩设置器，被配置为基于平稳辅助扭矩和 基本辅助扭矩设置最终辅助扭矩;驱动控制器，被配置为基于最终辅助扭矩控制行走辅助 设备的驱动。
[0032] 其它示例实施例涉及辅助扭矩设置方法。
[0033] 在一些示例实施例中，所述辅助扭矩设置方法可包括:接收用户的步行数据;基于 步行数据计算至少一个指标的评估值并基于评估值设置平稳辅助扭矩;基于步行数据设置 与用户的步行运动相应的基本辅助扭矩;基于平稳辅助扭矩和基本辅助扭矩设置最终辅助 扭矩。
[0034] 其它示例实施例涉及辅助扭矩设置方法。
[0035] 在一些示例实施例中，所述辅助扭矩设置方法可包括:基于用户的步行数据计算 指示用户的步行稳定性的至少一个指标的评估值;基于评估值与和所述至少一个指标相应 的阈值之间的差计算所述至少一个指标的权重;通过将权重应用于与所述至少一个指标相 应的初始平稳辅助扭矩来设置平稳辅助扭矩。
[0036] 其它示例实施例涉及行走辅助方法。
[0037] 在一些示例实施例中，所述行走辅助方法可包括:接收用户的步行数据;基于步行 数据计算至少一个指标的评估值并基于评估值设置平稳辅助扭矩;基于步行数据设置与用 户的步行运动相应的基本辅助扭矩；基于平稳辅助扭矩和基本辅助扭矩设置最终辅助扭 矩;基于最终辅助扭矩控制行走辅助设备的驱动。
[0038] 其它示例实施例涉及行走辅助设备。
[0039] 在一些示例实施例中，所述行走辅助设备包括:辅助装置，被配置为穿戴在用户的 腿上;驱动器，被配置为输出最终辅助扭矩以驱动辅助设备；以及控制器。
[0040] 在一些示例实施例中，控制器可被配置为通过如下操作确定最终辅助扭矩:基于 用户的步行运动确定基本辅助扭矩;基于评估值确定平稳辅助扭矩;基于平稳辅助扭矩和 基本辅助扭矩中的一个或多个确定最终辅助扭矩。
[0041 ]在一些示例实施例中，基本辅助扭矩不是评估值的函数(function)。
[0042] 在一些示例实施例中，所述行走辅助设备还可包括:一个或多个传感器，被配置为 检测与用户的步行运动关联的信息。
[0043] 在一些示例实施例中，步行运动是用户的一条腿的步和用户的双腿的复步中的一 个。
[0044] 在一些示例实施例中，所述信息包括关于用户的髋关节角、用户的髋关节的移动 方向中的一个或多个的信息。
[0045] 在一些示例实施例中，控制器被配置为:通过确定用户的右腿的步行运动与用户 的左腿的步行运动之间的对称性、包括在步行运动中的复步的长度、复步的宽度、用户的脚 与地面之间的间隙、用户的脚接触地面的速度和一时间段中步行运动的复步数中的一个或 多个来评估步行运动以产生评估值;基于评估值是否小于或等于与其关联的阈值来确定步 "?丁运动是否平稳。
[0046] 在一些示例实施例中，控制器被配置为:如果控制器确定步行运动平稳，则将基本 辅助扭矩设置为最终辅助扭矩。
[0047]在一些示例实施例中，控制器被配置为:基于与对称性关联的初始辅助扭矩校正 用户的双腿的轨迹之间的差;基于复步的长度设置向用户的每条腿提供初始辅助扭矩的时 间段，并基于间隙最小的时间设置与初始辅助扭矩关联的峰值扭矩。
[0048] 在一些示例实施例中，控制器被配置为:基于每个评估值与和其关联的阈值中的 各个阈值之间的差确定赋予给评估值的权重。
[0049] 在一些示例实施例中，赋予给每个评估值的权重随评估值与多个阈值中的各个阈 值之间的差的增大而增大。
[0050] 在一些示例实施例中，控制器被配置为:通过将权重应用于与每个评估值关联的 初始辅助扭矩来确定平稳辅助扭矩。
[0051 ] 在一些示例实施例中，控制器被配置为：通过将步行运动应用于自适应振荡器和 有限状态机之一来确定基本辅助扭矩。
[0052] 在一些示例实施例中，控制器被配置为：使用自适应振荡器通过估计步行运动的 模式来确定基本辅助扭矩。
[0053]在一些示例实施例中，控制器被配置为:使用有限状态机通过确定与有限状态机 关联的多个步行状态中的哪个步行状态与步行运动相应来确定基本辅助扭矩。
[0054]示例实施例的另外的方面将在以下描述中部分地阐述，部分将通过该描述而明 显，或者可通过本公开的实施而了解。
【附图说明】
[0055] 从以下结合附图对示例实施例进行的描述，这些和/或其它方面将变得明显和更 容易理解，其中：
[0056] 图1Α和图1Β示出根据示例实施例的行走辅助设备的示例；
[0057] 图2示出根据示例实施例的辅助扭矩设置设备的示例；
[0058] 图3示出根据示例实施例的辅助扭矩设置设备的另一示例；
[0059] 图4示出根据示例实施例的辅助扭矩设置设备的另一示例；
[0060] 图5示出根据示例实施例的设置最终辅助扭矩的示例；
[0061 ]图6示出根据示例实施例的设置基本辅助扭矩的示例；
[0062]图7Α和图7Β示出根据示例实施例的计算步行对称性的评估值的示例；
[0063]图8Α和图8Β示出根据示例实施例的设置步行对称性的初始平稳辅助扭矩的示例；
[0064] 图9示出根据示例实施例的设置复步长度的初始平稳辅助扭矩的示例；
[0065] 图10示出根据示例实施例的设置脚间隙的初始平稳辅助扭矩的示例；
[0066] 图11示出根据示例实施例的设置辅助扭矩的示例；
[0067] 图12示出根据示例实施例的用于提供辅助扭矩的界面的示例；
[0068] 图13示出根据示例实施例的行走辅助设备的另一示例；
[0069] 图14示出根据示例实施例的辅助扭矩设置方法的示例；
[0070] 图15示出根据示例实施例的辅助扭矩设置方法的另一示例；
[0071 ]图16示出根据示例实施例的行走辅助方法的示例。
[0072] 图17示出根据一些示例实施例的控制器。
【具体实施方式】
[0073] 以下，将参照附图详细描述一些示例实施例。
[0074] 然而，应理解，不意在将本公开限制到所公开的具体示例实施例。相反地，示例实 施例将涵盖落入示例实施例的范围内的所有修改、等同物和替代。贯穿附图的描述，相同的 标号表示相同的元件。
[0075]将理解，虽然术语"第一"、"第二"等可在此用于描述各种元件，但是这些元件不应 受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不脱离本公开 的范围的情况下，第一元件可被命名为第二元件，类似地，第二元件可被命名为第一元件。 如在此使用的，术语"和/或"包括关联列出项中的一个或更多个的任何和所有组合。
[0076]将理解，当元件被称为"连接"或"结合"到另一元件时，其可直接连接或结合到该 另一元件或者可存在中间元件。相反，当元件被称为"直接连接"或"直接结合"到另一元件 时，不存在中间元件。应以类似方式解释用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，"在… 之间"对"直接在…之间"、"相邻"对"直接相邻"等）。
[0077]在此使用的术语仅为了描述具体示例实施例的目的，不意在限制本发明。如在此 使用的，除非上下文另外明确地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解，当在 此说明书中使用时，术语"包括"和/或"具有"指定存在所叙述的特征、整体、步骤、操作、元 件、组件或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元 件、组件和/或它们的组。
[0078] 除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发 明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，除非在此明确地如此 定义，否则诸如在通用字典中定义的术语应被解释为具有与在相关领域的上下文中的含义 一致的含义，不将被解释为理想化或过于形式化的意义。
[0079] 关于为附图中的元件分配的参考标号，应该注意的是:在任何