本发明涉及诸如类人机器人和外骨骼的双足机器人领域。更具体地，其涉及一种用于使带有导纳控制器的外骨骼运动的方法。
背景技术：
：：1、最近，被称为外骨骼的辅助行走设备已经出现，用于具有重大运动性问题的人，诸如截瘫患者，这些设备是操作者(人类用户)“穿上”的外部机器人设备，这要归功于将外骨骼的运动与他自身的运动结合起来的附着系统。下肢外骨骼具有多个关节，通常至少在膝盖和髋部的水平处，以再现行走运动。致动器使得能够移动这些关节，这又转而使得操作者移动。接口系统允许操作者向外骨骼发出命令，以及控制系统将这些命令转换为执行器的命令。传感器通常完成该设备。2、与轮椅相比，这些外骨骼是一种进步，因为它们允许操作者站起来并行走。外骨骼不再受轮子的限制，并且理论上可以在大多数非平坦环境中进化：轮子与腿不同，不允许克服重大障碍，诸如台阶、楼梯、非常高的障碍等。已知的外骨骼控制方法使得可以在“平坦”即平的地面(不恰当地称为平面的地面，但它指的是没有凹凸不平的地面，例如在室内或跑步机上)上执行稳定和自主行走，并承受轻微的外部干扰。例如，可以提到文献towardsrestoring locomotion for paraplegics:realizing dynamically stable walking onexoskeletons,t.gurriet etal.，或feedback control of an exoskeleton forparaplegics:toward robustly stable,hands-free dynamic walking,o.harib et al。3、然而，这既不能承受强烈的干扰，也不能像在铺有鹅卵石街道的城市环境中那样在非平面的地面上行走。在这种情况下，外骨骼可能会摔倒并伤害用户。4、为了能够在这样的环境中移动，有必要使用主动控制方法，使其能够对干扰作出反应，以便在继续行走的同时保持外骨骼的平衡，但在此之前没有任何令人满意的提议，并且仍然需要使用龙门架来保持外骨骼以防它跌倒。5、期望能有一种新的解决方案来使任何外骨骼运动，其可靠且符合人体工程学地允许其在任何地形上行走，包括不平坦的地形。技术实现思路1、因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于使容纳人类操作者的双足外骨骼运动的方法，该方法包括通过外骨骼的数据处理装置实施以下步骤：2、(a)获得外骨骼的理论基本轨迹；3、(b)执行限定外骨骼的实际位置的演变的控制回路，以便实施与理论基本轨迹相似的实际基本轨迹，在回路的每次迭代处包括：4、-估计作为所述实际位置的函数的外骨骼的当前状态；5、-根据所述理论基本轨迹来确定在回路的下一次迭代时要应用于外骨骼的力矩，以补偿外骨骼的所述估计当前状态与外骨骼的预期状态之间的偏差；6、力矩的确定和/或其对外骨骼的应用考虑了外骨骼与刚性机器人相比的柔性模型。7、根据有利的和非限制性的特征：8、该方法包括重复步骤(a)和(b)，以便使外骨骼走过一系列实际基本轨迹，每条轨迹对应于一个步伐。9、在步骤(a)中获得的理论基本轨迹从初始位置开始，步骤(b)包括在所述实际基本轨迹结束时确定外骨骼的最终位置，所述最终位置被用作下一次发生步骤(a)时的初始位置。10、步骤(b)包括，在回路的每次迭代开始时，借助导纳控制器将在先前迭代处确定的所述力矩应用于外骨骼。11、根据所述理论基本轨迹，确定要被应用于外骨骼的力矩以补偿所述外骨骼的估计当前状态和外骨骼的预期状态之间的偏差包括对限定了外骨骼状态的至少一个参数实施反馈控制。12、外骨骼的位置由外骨骼的致动的自由度的关节位置的矢量来限定，外骨骼的状态由从致动度的位置、速度和加速度，质量中心com(center of mass)、运动发散分量dcm(divergent component of motion)的位置和速度，压力中心cop(center of pressure)的位置，和零力矩点zmp(zero moment point)的位置中选择的至少一个参数来限定；特别是由质量中心com、运动发散分量dcm和压力中心cop的位置来限定。13、所述反馈控制在dcm的位置上实施。14、要被应用于外骨骼1的所述力矩由cop的位置限定。15、要被应用于外骨骼1的所述力矩是通过根据所述理论基本轨迹向cop的预期位置添加关于cop的估计当前位置和预期位置之间的误差的至少一个项，以及关于dcm的估计当前位置和预期位置之间的误差的一个项来确定的，特别是根据公式其中zd是根据所述理论基本轨迹的cop的预期位置，eξ和ez分别是cop的估计当前位置和预期位置之间以及dcm的估计当前位置和预期位置之间的误差，并且kp、ki和kd是增益。16、所述柔性模型限定了用于确定力矩的cop的预期位置的修改。17、外骨骼具有至少一个柔性致动自由度，所述柔性模型限定了在应用力矩之后确定的要被应用于所述柔性致动自由度的位置和/或目标速度的偏移。18、所述柔性模型限定外骨骼状态的至少一个参数，以用在实际稳定行走时观察到的平均值代替。19、所述柔性模型是通过实验、从实际的稳定行走和/或模拟中预先确定的。20、根据第二方面，本发明涉及包括数据处理装置的外骨骼，数据处理装置被配置成实施根据第一方面的用于使外骨骼运动的方法。21、根据第三方面，本发明涉及一种包括服务器和根据第二方面的外骨骼的系统，服务器包括数据处理装置，数据处理装置被配置成在步骤(a)中生成所述理论基本轨迹并将其提供给外骨骼。22、根据第四和第五方面，本发明涉及包括用于执行根据第一方面的用于使外骨骼运动的方法的代码指令的计算机程序产品；以及由计算机装备可读的存储装置，其上的计算机程序产品包括用于执行根据第一方面的用于使外骨骼运动的方法的代码指令。技术特征：1.一种用于使容纳人类操作者的双足外骨骼(1)运动的方法，所述方法包括通过所述外骨骼(1)的数据处理装置(11c)实施以下步骤：2.根据权利要求1所述的方法，包括重复步骤(a)和(b)以便使所述外骨骼(1)走过一系列实际基本轨迹，每条实际基本轨迹对应于一个步伐。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(a)中获得的所述理论基本轨迹从初始位置开始，步骤(b)包括在所述实际基本轨迹结束时确定所述外骨骼(1)的最终位置，所述最终位置被用作下一次发生步骤(a)时的初始位置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括，在所述回路的每次迭代开始时，借助导纳控制器将在先前迭代处所确定的所述力矩应用于所述外骨骼(1)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，根据所述理论基本轨迹来确定要被应用于所述外骨骼(1)的力矩以补偿所述外骨骼(1)的所述估计的当前状态和所述外骨骼(1)的预期状态之间的偏差包括对限定了所述外骨骼的状态的至少一个参数实施反馈控制。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述外骨骼(1)的位置由所述外骨骼(1)的致动自由度的关节位置的矢量来限定，所述外骨骼(1)的状态由从所述致动自由度的位置、速度和加速度，质量中心com、运动发散分量dcm的位置和速度，压力中心cop的位置，和零力矩点zmp的位置中选择的至少一个参数来限定；特别是由质量中心com、运动发散分量dcm和压力中心cop的位置来限定。7.根据权利要求5和6的组合所述的方法，其中，所述反馈控制是在所述dcm的位置上实施的。8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其中，要被应用于所述外骨骼1的所述力矩由所述cop的位置来限定。9.根据权利要求7所述的方法，其中，要被应用于所述外骨骼1的所述力矩是通过根据所述理论基本轨迹向所述cop的预期位置添加关于cop的估计当前位置和预期位置之间的误差的至少一个项，以及关于dcm的估计当前位置和预期位置之间的误差的一个项来确定的，特别是根据公式其中zd是根据所述理论基本轨迹的所述cop的预期位置，eξ和ez分别是所述cop的估计当前位置和预期位置之间以及所述dcm的估计当前位置与预期位置之间的误差，并且kp、ki和kd是增益。10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述柔性模型限定了用于确定所述力矩的所述cop的预期位置的修改。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述外骨骼(1)具有至少一个柔性致动自由度，所述柔性模型限定了在应用所述力矩之后确定的被应用于所述柔性致动自由度的位置和/或目标速度的偏移。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述柔性模型限定了所述外骨骼(1)的状态的至少一个参数，所述至少一个参数将被在实际稳定行走时观察到的平均值代替。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述柔性模型是通过实验、从实际稳定行走和/或模拟中预先确定的。14.一种外骨骼(1)，包括数据处理装置(11c)，所述数据处理装置(11c)被配置为实施根据权利要求1至13中任一项所述的用于使所述外骨骼(1)运动的方法。15.一种系统，包括服务器(10a)和根据权利要求14所述的外骨骼(1)，所述服务器(10a)包括数据处理装置(11a)，所述数据处理装置(11a)被配置为在步骤(a)中生成所述理论基本轨迹并将其提供给所述外骨骼。16.一种计算机程序产品，其包括代码指令，所述代码指令用于当所述程序在计算机上执行时执行根据权利要求1至13中任一项所述的用于使外骨骼(1)运动的方法。17.一种可由计算机装备读取的存储装置，其上的计算机程序产品包括用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的用于使外骨骼(1)运动的方法的代码指令。技术总结本发明涉及一种用于移动容纳人类操作者的双足外骨骼(1)的方法，该方法包括通过外骨骼(1)的数据处理装置(11c)实施以下步骤：(a)获得外骨骼(1)的理论基本轨迹；(b)执行控制回路，该控制回路限定外骨骼(1)的实际位置的变化，以实现接近所述理论基本轨迹的实际基本轨迹，在回路的每次迭代中包括：‑估计作为所述实际位置的函数的外骨骼(1)的当前状态；‑根据所述理论基本轨迹，确定将在回路的下一次迭代中被应用于外骨骼(1)的力扭转器，以补偿外骨骼(1)的所述估计的当前状态与外骨骼(1)的预期状态之间的偏差；考虑到外骨骼(1)相对于刚性机器人的柔性模型，确定外骨骼(1)的力扭转器和/或将其应用于外骨骼(1)。技术研发人员：范妮·里斯堡,加布里埃莱·布翁东诺,罗克·莫莱罗,斯坦尼斯拉斯·布罗塞特,吉扬·博埃里斯受保护的技术使用者：万德克拉夫特公司技术研发日：技术公布日：2024/1/14