To enable the broad adoption of wearable robotic exoskeletons in medical and industrial settings, it is crucial they can adaptively support large repertoires of movements. We propose a new human-machine interface to simultaneously drive bilateral ankle exoskeletons during a range of 'unseen' walking conditions and transitions that were not used for establishing the control interface. The proposed approach used person-specific neuromechanical models to estimate biological ankle joint torques in real-time from measured electromyograms (EMGS) and joint angles. A low-level controller based on a disturbance observer translated biological torque estimates into exoskeleton commands. We call this 'neuromechanical model-based control' (NMBC). NMBC enabled six individuals to voluntarily control a bilateral ankle exoskeleton across six walking conditions, including all intermediate transitions, i.e., two walking speeds, each performed at three ground elevations, with no need for predefined torque profiles, nor a priori chosen neuromuscular reflex rules, or state machines as common in literature. A single subject case-study was carried out on a dexterous locomotion tasks involving moonwalking. NMBC always enabled reducing biological ankle torques, as well as eight ankle muscle EMGs both within (22% torque; 12% EMG) and between walking conditions (24% torque; 14% EMG) when compared to non-assisted conditions. Torque and EMG reductions in novel walking conditions indicated that the exoskeleton operated symbiotically, as exomuscles controlled by the operator's neuromuscular system. This opens new avenues for the systematic adoption of wearable robots as part of out-of-the-lab medical and occupational settings.


翻译:为了能够在医疗和工业环境中广泛采用可磨损的机器人外表,它们必须能够适应性地支持大量的运动。我们提议在一系列“不见”的行走条件和用于建立控制界面的过渡期间,同时驱动双脚前骨架外骨架。拟议方法使用个人特有的神经机能模型实时估计生物脚踝联结,从测量的电磁图(EMGS)和联合角度计算。基于扰动观察者将生物硬度估计转换成外骨骼命令的低级别控制器。我们称之为“神经机械模型控制 ” (NMBC)。NMBC使6个人能够自愿控制六种行走条件下的双边脚踝前骨架外骨架,包括所有中间过渡,即两个行走速度,每次在3个地面高处进行,不需要预先定义的电动剖面剖面剖面剖面图,或以文献中常见的州机器进行预选的神经骨架反射线反射。我们称之为“神经机械”前骨架前骨架前骨架外的右下骨架前骨架外操作。在双行中,一个双行的轨道上运行期间,这8个主机机骨架飞行轨道任务在轨中进行。

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