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ViT-based Terrain Recognition System for wearable soft exosuit 被引量:1
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作者 Fangliang Yang Chunjie Chen +4 位作者 Zhuo Wang Hui Chen Yao Liu Gang Li Xinyu Wua 《Biomimetic Intelligence & Robotics》 2023年第1期57-64,共8页
Terrain classification and force assistance strategies in complex environments have always piqued the interest of many researchers.For wearable soft exosuits,inaccurate terrain recognition can easily introduce undesir... Terrain classification and force assistance strategies in complex environments have always piqued the interest of many researchers.For wearable soft exosuits,inaccurate terrain recognition can easily introduce undesired assist forces that can easily injure the wearer.Because of these problems,we introduced a depth camera into the exosuit system,perform classification of terrain based on a Vision Transformer(ViT),and optimized the control algorithm,which is known as a ViT-Based Terrain Recognition System(TTRS).First,we used the Transformer algorithm to achieve a considerable classification effect in terrain recognition.We also introduced terrain recognition as prior knowledge into the force assistance strategy of the exosuit,providing different force assistance to the exosuit in different terrains.Subsequently,we performed human experiments with seven able-bodied people(six males and one female).The promising results demonstrate that our classification accuracy can reach 99.2%under six different terrains and that it can smoothly switch the force–assist curve in different terrains to better adapt to the complex terrain and improve the walking effect.The aforementioned terrain recognition algorithms and force–assist strategies may positively influence the study of soft exosuit,powered prostheses,and orthotics. 展开更多
关键词 Vision Transformer(ViT) Depth camera Wearable soft exosuit Force assistance strategy Terrain recognition
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下肢柔性助力外衣的工效学设计与步态预测 被引量:4
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作者 张雷雨 贺彦东 +4 位作者 李剑锋 苏鹏 陶春静 季润 董明杰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1171-1184,共14页
为增强人体的下肢运动机能,研制一套柔性功能外衣,作为助力系统的末端执行元件包覆于人体下肢,对髋关节的前屈动作助力,并研发基于力位混合控制的外接驱动系统,初步完成下肢柔性助力外衣系统样机的搭建。在此基础上,提出以IMU为主导的... 为增强人体的下肢运动机能,研制一套柔性功能外衣,作为助力系统的末端执行元件包覆于人体下肢,对髋关节的前屈动作助力,并研发基于力位混合控制的外接驱动系统,初步完成下肢柔性助力外衣系统样机的搭建。在此基础上,提出以IMU为主导的自适应步态检测算法,检测频率自适应于人体运动速度,实现步态信息的高效检测,并以检测信息为基础,提出“牛顿+三次指数平滑”预测算法,实时预测人体下肢动作。研究结果表明:功能外衣具有较高的刚度和良好的穿戴舒适性,符合功能外衣的设计要求;“牛顿+三次指数平滑”预测算法可实时预测50 ms之后的髋关节角度,预测过程稳定,在人体行走过程中,预测曲线平滑性较好,精度较高,可满足助力系统的步态预测要求,为下肢助力研究提供依据。 展开更多
关键词 下肢助力 功能外衣 髋关节前屈 自适应步态检测 步态预测
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基于仿生结构的柔性可穿戴外服舒适性评价 被引量:5
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作者 邓咏梅 陈炳基 《西安工程大学学报》 CAS 2019年第6期602-607,共6页
探讨不同搭配服装对柔性外服设备的助力效果及其对能耗的影响,分析着装搭配对柔性可穿戴外服舒适性的影响。以基于仿生结构设计的柔性可穿戴外服为研究对象,在人体解剖学、生物力学、人体与服装结构相互关系的基础上进行结构设计与样衣... 探讨不同搭配服装对柔性外服设备的助力效果及其对能耗的影响,分析着装搭配对柔性可穿戴外服舒适性的影响。以基于仿生结构设计的柔性可穿戴外服为研究对象,在人体解剖学、生物力学、人体与服装结构相互关系的基础上进行结构设计与样衣制作,采用主观评价法对外服的穿着舒适性进行评价。运用SPSS软件对不同着装搭配下人体下肢的压迫感、束缚感、滑脱感、重量感及柔软感的量化数据进行统计分析,得出外服在与运动短裤等贴体式衣物搭配时舒适度较好。 展开更多
关键词 柔性可穿戴外服 结构设计 着装舒适性 主观评价
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一种柔性下肢外骨骼控制策略研究 被引量:9
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作者 胡鸿越 胡立坤 +2 位作者 刘贻达 曹武警 陈春杰 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期184-191,共8页
针对非线性柔性下肢外骨骼系统与人共融的难题,为降低穿戴者代谢能消耗,采用前馈模型与比例微分控制(PD)迭代学习算法构建柔性下肢外骨骼控制器,通过感知髋关节角度最大值为起始点,对步态周期进行划分计算。根据髋关节角度变化,实时生... 针对非线性柔性下肢外骨骼系统与人共融的难题,为降低穿戴者代谢能消耗,采用前馈模型与比例微分控制(PD)迭代学习算法构建柔性下肢外骨骼控制器,通过感知髋关节角度最大值为起始点,对步态周期进行划分计算。根据髋关节角度变化,实时生成期望力轨迹,动态调控力轨迹的峰值点和结束点;前馈模型分别补偿了柔性外骨骼的非线性刚度和不同穿戴者的运动模型,PD迭代学习控制器逐步减少控制系统中的误差与干扰。通过3名健康的试验者负重25 kg在跑步机上以5 km/h速度行走进行测试,结果表明,期望力与实际助力峰值的均方根误差分别为3.49,3.34和4.12 N;与不穿戴柔性外骨骼相比,代谢能分别降低2.2%,4.0%和5.9%。实验结果证明,所提出的前馈PD迭代学习控制策略可实现精确的力轨迹追踪,降低柔性下肢外骨骼穿戴者的能量消耗。 展开更多
关键词 柔性下肢外骨骼 代谢能消耗 力轨迹追踪 前馈模型 迭代学习控制
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基于Opensim的柔性外骨骼机器人的模拟仿真 被引量:1
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作者 刘友福 卢军 《计算机时代》 2021年第1期1-5,共5页
现有的刚性外骨骼存在关节中心与人体下肢的生物关节中心较难对齐、限制人体运动的自由度和影响穿着舒适度等问题。针对上述问题,设计了一种由电机驱动的助力髋关节屈曲和伸展的柔性外骨骼机器人。基于该柔性外骨骼,利用三维动作捕捉系... 现有的刚性外骨骼存在关节中心与人体下肢的生物关节中心较难对齐、限制人体运动的自由度和影响穿着舒适度等问题。针对上述问题,设计了一种由电机驱动的助力髋关节屈曲和伸展的柔性外骨骼机器人。基于该柔性外骨骼,利用三维动作捕捉系统和测力平台采集受试者在行走过程中的运动学和地面反作用力数据,运用生物力学分析软件Opensim建立人体-外骨骼模型;利用Opensim分别模拟计算出在行走时助力和不助力两种情况下驱动髋关节的主要肌肉的代谢值。模拟仿真结果表明:和不助力的情况相比,在行走过程中对髋关节助力会减小驱动髋关节运动的主要肌肉的代谢值,减小穿戴者肌肉的负担;在行走过程中减小穿戴者的能量消耗。 展开更多
关键词 柔性外骨骼机器人 髋关节助力 Opensim 仿真 肌肉代谢
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无动力柔性下肢外服结构设计研究 被引量:1
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作者 陈炳基 邓咏梅 《山东纺织科技》 2019年第1期5-9,共5页
文章通过对现有可穿戴下肢外服对比分析研究,基于人体解剖学、人体生物力学、人体与服装结构的关系,在相关面料测试的基础上,设计并实现了一款可穿戴柔性助力外服原型。对整套装置的助力效果进行评估分析发现,其助力效果低于正常能耗的3... 文章通过对现有可穿戴下肢外服对比分析研究,基于人体解剖学、人体生物力学、人体与服装结构的关系,在相关面料测试的基础上,设计并实现了一款可穿戴柔性助力外服原型。对整套装置的助力效果进行评估分析发现,其助力效果低于正常能耗的3.59%。整套外服设计和现阶段研究可为后续相关工作提供一定参考。 展开更多
关键词 柔性外服 仿生设计 结构设计 辅助设备 能耗
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一种踝关节柔性助力外骨骼系统设计 被引量:1
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作者 郑立京 王卓 陈灵星 《机电工程技术》 2022年第4期47-50,193,共5页
柔性外骨骼具有良好的人机交互性能,因此在行军助力、康复助老、智能助残等方面具有广阔的应用前景。在人体行走过程中,踝关节做功最多、承载最大,因此设计了一款踝关节柔性助力外骨骼系统达到减缓小腿肌肉疲劳的目的。首先,通过Vicon... 柔性外骨骼具有良好的人机交互性能,因此在行军助力、康复助老、智能助残等方面具有广阔的应用前景。在人体行走过程中,踝关节做功最多、承载最大,因此设计了一款踝关节柔性助力外骨骼系统达到减缓小腿肌肉疲劳的目的。首先,通过Vicon动作捕捉实验采集人体行走过程中的关节角度信息和足底压力数据,利用生物力学分析软件Opensim分析踝关节的运动特性;然后,基于踝关节的运动特性设计了足底压力识别、电机驱动、绳索传动的柔性外骨骼,辅助踝关节跖曲;最后,通过小腿肌群的肌电信号,评估外骨骼的助力效果。实验结果显示在外骨骼的辅助下,腓骨前肌、内侧腓肠肌、比目鱼肌的肌电信号均方根值分别降低了7.2%、13.4%和8.9%,即该外骨骼能够有效减小小腿肌肉疲劳。 展开更多
关键词 踝关节 柔性 外骨骼 足底压力
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柔性下肢外骨骼机器人研究进展及关键技术分析 被引量:53
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作者 赵新刚 谈晓伟 张弼 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期365-384,共20页
首先简要描述了下肢外骨骼机器人在康复、工业以及军事等领域的应用需求,并对刚性与柔性下肢外骨骼系统(RLEEX/SLEEX)的优缺点、研究难点和适用人群进行了分析与对比.然后,对国内外研究机构在柔性下肢外骨骼机器人方面的研究历程与进展... 首先简要描述了下肢外骨骼机器人在康复、工业以及军事等领域的应用需求,并对刚性与柔性下肢外骨骼系统(RLEEX/SLEEX)的优缺点、研究难点和适用人群进行了分析与对比.然后,对国内外研究机构在柔性下肢外骨骼机器人方面的研究历程与进展进行详细综述,重点描述了系统样机的结构与驱动特点、传感器布局方式、控制策略搭建以及助力效能评估等几项研究内容.最后,围绕柔性结构、意图识别、控制策略及助力评估共四方面关键技术进行了总结,并对未来发展趋势进行展望. 展开更多
关键词 康复机器人 下肢外骨骼机器人 动力服 人体意图识别
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