非拟人外骨骼测量系统

六编码器全地形感知

仅用6个关节编码器和1个IMU，实现非拟人外骨骼的步态映射、地形识别与地面反力估计，为控制提供实时反馈。

He, Long · Fan, Wu · Zhe, Dai · 张斌 · 李仲 · Guan, Xiaorong · 许程 · 刘滔

IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 2023

参数信息

length mean error

0.021 m

height mean error

0.012 m

angle mapping RMSE

0.0074 rad

angle mapping RMSE

0.0061 rad

GRF estimation RMSE

0.0255 BW

GRF estimation RMSE

0.0187 BW

技术优势

少传感器也能测全身

仅用6个关节编码器和一个IMU即可推算穿戴者的大腿和小腿角度，避免在人体上安装额外传感器。

地面反力不用测力台

利用五段动力学模型估计地面反力，垂直方向RMSE为0.1462 BW，前后方向RMSE为0.0715 BW。

应用场景

• 外骨骼：为非拟人外骨骼提供实时地形和下肢状态，作为控制输入。
• 可穿戴机器人：为各类可穿戴机器人提供轻量级运动测量方案，不依赖额外人体传感器。
• 康复工程：在康复训练中获取精确步态和地面反力数据，用于评估和训练。
• 人机交互：测量人机交互状态，包括地形、下肢角度和地面反力，提升协调性。
• 多传感器融合：融合编码器和IMU数据，实现无需力传感器的全身运动状态观测。