辅助行走机器人及其控制方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2013年11月8日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0135777号 韩国专利申请的权益，所述申请的公开通过引用合并于此。
技术领域
[0002] 示例实施例涉及一种辅助行走机器人以及控制辅助行走机器人的方法。
【背景技术】
[0003] 辅助行走设备是辅助用户执行行走的动作的设备。用户可能由于包括弱腿部肌肉 强度（由例如先天原因（诸如，遗传缺陷）或后天原因（诸如，疾病或事故）而导致）的各 种原因而会行走困难。
[0004] 辅助行走设备可包括帮助行走车和辅助行走机器人。在辅助行走车中，安装有旋 转单元和用于支撑用户的支撑部，并且旋转单元和支撑部响应于用户施加的推力被移动。
[0005] 另一方面，辅助行走机器人被固定到用户的腿部，并通过将行走所需的力量施加 到肌肉来补充行走所需的力量的不足。例如，辅助行走机器人可被固定到用户的大腿或小 腿，并使用各种机械单元（诸如电机等）帮助肌肉和关节的运动以帮助用户执行行走的动 作。然而，在传统的辅助行走机器人遇到地形之前，传统的辅助行走机器人不能预期地形的 类别。因此，传统的辅助行走机器人会突然开始和/或停止向其佩戴者提供帮助。
【发明内容】
[0006] 示例实施例涉及一种辅助行走机器人及其控制方法，其中，所述辅助行走机器人 能够识别周围环境并快速地对周围环境做出响应。
[0007] 示例实施例的另外方面将在下面的描述中部分地阐明，并且将从描述中部分是清 楚的，或者通过示例实施例的实施可以被学习。
[0008] 一个或更多个示例实施例涉及辅助行走机器人。
[0009] 在一个或更多个示例实施例中，辅助行走机器人可包括：地面数据采集单元，被配 置为采集多条关于地面的地面数据；控制器，被配置为基于所述多条地面数据创建关于地 面的地面信息；通过分析创建的地面信息来确定辅助行走机器人的控制模式。
[0010] 在一个或更多个示例实施例中，辅助行走机器人可包括：地面信息接收单元，被配 置为接收地面信息；控制器，被配置为通过分析接收到的地面信息确定辅助行走机器人的 控制模式，并基于确定的控制模式控制辅助行走机器人。
[0011] 在一个或更多个示例实施例中，辅助行走机器人被配置为帮助其佩戴者行走。所 述辅助行走机器人可包括：辅助装置，具有被配置为佩戴在佩戴者的至少一条腿上的外骨 骼结构；至少一个传感器，被配置为感测沿佩戴者的行走的方向的地形；控制器，被配置为 基于感测到的地形控制辅助装置。
[0012] 在一个或更多个示例实施例中，所述至少一个传感器包括：图像捕捉装置，被配置 为采集关于地形的图像数据。
[0013] 在一个或更多个示例实施例中，所述控制器被配置为：通过使用视觉测程法分析 图像数据来确定辅助行走机器人的位置和方位；产生所述地形的三维（3D)地图；基于所述 地形的3D地图将所述地形分类为多个类别之一。
[0014] 在一个或更多个示例实施例中，多个类别的地形包括平坦地形、倾斜地形、楼梯地 形以及在其上具有障碍的地形中的至少一个，并且控制器被配置为通过对所述地形的3D 地图中的至少两个区域进行比较来对所述地形进行分类。
[0015] 在一个或更多个示例实施例中，3D地图包括关于所述地形的与行走方向平行的 2D平面以及所述地形的高度的信息，并且控制器被配置为：如果3D地图指示所述地形中的 至少两个区域具有相同的法向量和高度，则将所述地形分类为平坦地形；如果3D地图指示 所述地形中的至少两个区域具有不同的法向量，则将所述地形分类为倾斜地形；如果3D地 图指示至少两个区域具有相同的法向量和不同的高度，则将所述地形分类为楼梯。
[0016] 在一个或更多个示例实施例中，控制器被配置为：在所述地形被分类为在其上具 有障碍、倾斜地形或楼梯的情况下，指示辅助装置向佩戴者提供比所述地形被分类为平坦 地形的情况更强的辅助。
[0017] 在一个或更多个示例实施例中，所述至少一个传感器包括：惯性测量装置，被配置 为感测行走的速度和方向的改变；地面反作用力（GRF)传感器，被配置为在行走期间检测 被传递到佩戴者的地面反作用力。
[0018] -个或更多个示例实施例涉及一种控制辅助行走机器人的方法。
[0019] 在一个或更多个示例实施例中，所述方法包括：获得地面信息；通过分析获得的 地面信息来确定辅助行走机器人的控制模式；基于确定的控制模式控制辅助行走机器人。
【附图说明】
[0020] 通过下面结合附图对一些示例实施例的描述，示例实施例的这些和/或其他方面 将变得清楚和更容易理解，其中：
[0021] 图1是根据一些示例实施例的辅助行走机器人的前视图；
[0022] 图2是图1中示出的辅助行走机器人的侧视图；
[0023] 图3是图1的辅助行走机器人的后视图；
[0024] 图4示出图1的辅助行走机器人的配置；
[0025] 图5至图7示出视觉测程法；
[0026] 图8示出根据一些示例实施例的自我运动（ego-motion);
[0027] 图9至图14示出根据一些示例实施例的以沿行走方向的地图的形式创建地面信 息的方法；
[0028] 图15示出根据一些示例实施例的管理沿行走方向的地图的方法；
[0029] 图16是用于解释参考地面和比较地面的示图；
[0030] 图17是用于解释参考地面和比较地面的另一示图；
[0031] 图18至图20示出根据一些示例实施例的根据参考地面和比较地面确定至少一个 地面形状的方法；
[0032] 图21示出根据其他示例实施例的辅助行走机器人的配置；
[0033] 图22是示出根据一些示例实施例的控制辅助行走机器人的方法的流程图；
[0034] 图23是示出根据一些示例实施例的获得地面信息的方法的流程图；
[0035] 图24是示出根据其他示例实施例的控制辅助行走机器人的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036] 现将详细描述一些示例实施例，示例实施例的示例示出在附图中，其中，相同的标 号始终表示相同的元件。
[0037] 在此公开详细的示意性示例实施例。然而，在此公开的具体的结构和功能细节仅 表示描述一些示例实施例的目的。示例实施例可以以很多替代形式来实现，并不应被解释 为仅限于在此阐述的形式。
[0038] 然而，应理解，没有意图将本公开限制为公开的特定示例实施例。相反，示例实施 例将涵盖落入示例实施例的范围内的所有修改、等同和替代。在整个附图的描述中，相同的 标号表示相同的元件。
[0039] 将理解，虽然在此"第一"、"第二"等术语可用于描述各种元件，但这些元件不应被 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。例如，在不脱离本公开的 范围的情况下，第一元件可称为第二元件，类似地，第二元件可称为第一元件。如在此使用 的，术语"和/或"包括关联的列出项中的一项或更多项的任意组合和所有组合。
[0040] 将理解，当元件被称为"连接"或"耦接"到另一元件时，其可直接连接或耦接到所 述另一元件，或者可存在介入元件。相反，当元件被称为"直接连接"或"直接耦接"到另一 元件时，不存在介入元件。应以相似的方式解释用于描述元件之间的关系的其他词语（例 如，"在...之间"与"直接在…之间"、"相邻"与"直接相邻"）。
[0041] 在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制。如在此使用的，除 非上下文清楚地另有所指，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解，当术语"包括"、 "包括…的"、"包含"和/或"包含…的"在此使用时，它们表明阐明的特征、整体、步骤、操作、 元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/ 或它们的组的存在或添加。
[0042] 还应注意，在一些可选的实施方式中，标明的功能/动作可不按附图中标明的顺 序发生。例如，基于涉及的功能/动作，连续示出的两幅附图实际上可基本同时被执行，或 者有时可以以相反的顺序被执行。
[0043] 现将参照示出一些示例实施例的附图，更充分地描述各种示例实施例。在附图中， 为了清楚，层和区域的厚度被夸大。
[0044] 图1至图21示出作为根据示例实施例的辅助行走设备的示例的可安装在用户 (例如，人体）上的辅助行走机器人。
[0045] 图1至图3是根据示例实施例的辅助行走机器人的前视图、侧视图和后视图。
[0046] 参照图1至图3,如图2所示，辅助行走机器人1可包括主体10和行走操作单元 20、30 和 40。
[0047] 主体10包括各种组件可被嵌入到的壳体10a。壳体IOa可提供安全地保护并稳定 地固定各种嵌入组件的功能。如以下讨论，各种处理单元（诸如，中央处理单元（CPU)或图 形处理单元（GPU))和印刷电路板（PCB)可嵌入到安装在壳体IOa中的一个或更多个控制 器中。此外，如以下更详细地讨论，各种存储单元也可根据需要嵌入到壳体IOa中。
[0048] 安装在壳体IOa中的控制器可包括处理器。处理器可包括安装有以下项的硅片： 算术运算逻辑运算单元、数字信号处理器、微计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微 处理器、寄存器、程序计数器、命令解码器、控制电路或能够以定义的方式对指令做出响应 和执行指令的任何其他装置。
[0049] 可使用将处理器配置为执行图22至图24中示出的操作的专用计算机的指令来对 处理器进行编程，从而控制器14被配置为产生用于控制行走操作单元20至40的操作的控 制信号，并可将产生的控制信号发送到行走操作单元20至40。控制器可基于由根据一些示 例实施例的地面数据采集单元13采集的地面数据产生地面信息，并还可根据产生的地面 信息产生控制信号。
[0050] 地面信息可包括关于地面的不平坦性或形状的信息。地面信息可包括关于辅助行 走机器人1的期望的（或，可选择地，预定的）范围内的地面的信息。地面信息还可包括关 于沿佩戴者行走的方向的地面的信息和/或关于位于佩戴者后面或旁边的地面的信息。根 据一些示例实施例，地面信息可以是沿行走方向的地图。