Positive biomechanical outcomes have been reported with lower-limb exoskeletons in laboratory settings, but these devices have difficulty delivering appropriate assistance in synchrony with human gait as the task or rate of phase progression change in real-world environments. This paper presents a torque controller for an ankle exoskeleton that uses state estimation with a data-driven kinematic model to continuously estimate the phase, phase rate, stride length, and ramp parameters during locomotion. The controller applies torque assistance based on the estimated phase and adapts the torque profile based on the estimated task variables to match human torques observed in a multi-activity database of 10 able-bodied subjects. We demonstrate in silico that the controller yields phase estimates that are more accurate than state of the art, while also estimating task variables with comparable accuracy to recent machine learning approaches. The controller implemented in an ankle exoskeleton successfully adapts its assistance in response to changing phase and task variables, both during controlled treadmill trials (6 able-bodied subjects) and a real-world stress test with extremely uneven terrain.


翻译:据报告,实验室环境中的生物机能结果呈阳性,实验室环境的外表温度较低,但这些装置难以与人类步态同步提供与人类步态同步的适当协助,因为现实世界环境中的步态变化的任务或速率。本文展示了脚踝外骨骼的托克控制器,该控制器使用数据驱动的动能模型进行状态估计,以持续估计运动期间的阶段、阶段速率、斜坡长度和坡坡度参数。控制器根据估计的阶段应用反向协助,并根据估计的工作变数对焦剖面图进行调整,以匹配在10个有能力的主体的多活动数据库中观测到的人类托盘。我们用硅显示,控制器生成的阶段估计值比艺术状态更准确,同时估计与最近的机器学习方法相当的任务变异。在脚踝外骨骼执行的控制器成功调整了其在应对阶段和任务变异方面的协助,这都是在受控运动机场试验(6个有能力的主体)和真实世界压力测试中与极其不均的地形。

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