Gait phase-based control is a trending research topic for walking-aid robots, especially robotic lower-limb prostheses. Gait phase estimation is a challenge for gait phase-based control. Previous researches used the integration or the differential of the human's thigh angle to estimate the gait phase, but accumulative measurement errors and noises can affect the estimation results. In this paper, a more robust gait phase estimation method is proposed using a unified form of piecewise monotonic gait phase-thigh angle models for various locomotion modes. The gait phase is estimated from only the thigh angle, which is a stable variable and avoids phase drifting. A Kalman filter-based smoother is designed to further suppress the mutations of the estimated gait phase. Based on the proposed gait phase estimation method, a gait phase-based joint angle tracking controller is designed for a transfemoral prosthesis. The proposed gait estimation method, the gait phase smoother, and the controller are evaluated through offline analysis on walking data in various locomotion modes. And the real-time performance of the gait phase-based controller is validated in an experiment on the transfemoral prosthesis.


翻译:Gait 阶段控制是助行机器人,特别是机器人低升假假肢的一个趋势性研究课题。 Gait 阶段估计是动作阶段控制的一项挑战。 以前的研究利用人体大腿角的整合或差异来估计动作阶段, 但累积性测量错误和噪音会影响估计结果。 在本文中, 使用各种移动模式的单片单曲曲曲曲级高度角度模型的统一形式, 提出了一个更稳健的动作阶段估计方法。 运动阶段仅从大腿角度估算, 这是一种稳定的变量, 避免阶段漂移。 以卡尔曼过滤器为基础的滑动器旨在进一步抑制估计动作阶段的突变。 根据拟议的毛片阶段估计方法, 设计了一个以毛片阶段为基础的联合角度跟踪控制器, 用于切除性助行走术。 提议的围曲估计方法、 游戏阶段平滑, 以及控制器通过对不同移动式模式的行走数据进行离线分析进行评估。 以卡尔曼为基的滑动状态是实验阶段的实时控制器。

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