穿戴式機器人裝置和控制穿戴式機器人裝置的方法與流程

2023-09-14 19:53:42 2

本公開的實施例涉及一種具有聲音反饋功能的穿戴式機器人裝置和控制穿戴式機器人裝置的方法。

背景技術：

根據應用領域，穿戴式機器人裝置可用作輔助肌肉力量的輔助裝置，或用作增加用戶的肌肉力量以搬運具有大重量的物體的增加裝置。

在這樣的穿戴式機器人裝置中，通過視覺顯示引導對應用戶的簡單方法通常用以通知用戶增加的力的總量和增加的物理力的實時變化。然而，存在的問題是，在用戶不直接查看量和變化時，用戶難以知道量和變化，而且即使在用戶查看了對應於力的物理量的數字時，用戶也可能不容易理解其含義。

技術實現要素：

因此，本公開的一方面提供了一種穿戴式機器人裝置和一種控制穿戴式機器人裝置的方法，其根據穿戴式機器人裝置的操作提供不同的聲音反饋。

本發明的另一方面提供了一種穿戴式機器人裝置和一種控制穿戴式機器人裝置的方法，其提供對應於由穿戴式機器人裝置增加的力量的聲音反饋。

本公開的其它方面將部分地在隨後的描述中闡述，並且部分地通過描述將是顯而易見的，或可通過本公開的實踐而得知。

根據本公開的一個方面，一種穿戴式機器人裝置可包括：框架；檢測器，設置在框架上並被配置為收集關於從用戶施加的力的信息；控制器；被配置為基於由檢測器收集的信息確定穿戴式機器人裝置的操作所需的需要轉矩量，並被配置為確定對應於需要轉矩量的聲音；以及輸出單元，被配置為輸出所確定的聲音。

控制器可根據所確定的需要轉矩量確定聲音的頻率、強度、以及音調。

輸出單元可輸出根據所確定的需要轉矩量具有不同頻率、強度、以及音調的聲音。

輸出單元可輸出根據穿戴式機器人裝置的操作模式具有不同頻率、強度、以及音調的聲音。

在穿戴式機器人裝置在第一操作模式下操作時，輸出單元可輸出處於第一頻帶中的預設聲音，且在穿戴式機器人裝置在第二操作模式下操作時，輸出單元可輸出預定的第二頻帶的聲音。

穿戴式機器人裝置還可包括輸入單元，所述輸入單元被配置為接收穿戴式機器人裝置的操作模式。

穿戴式機器人裝置還可包括存儲器，關於根據穿戴式機器人裝置的操作模式的力的目標值的信息存儲在所述存儲器中。

控制器可基於存儲在存儲器中的關於力的目標值的信息與在檢測器中收集的關於用戶的力的信息之間的差異來確定穿戴式機器人裝置的操作所需的需要轉矩量。

存儲器可存儲關於根據需要轉矩量從輸出單元輸出的聲音的頻率、強度、以及音調的信息。

檢測器可設定在穿戴式機器人裝置的終點。

檢測器可包括用以收集關於用戶的力的信息的力傳感器。

根據本公開的另一方面，一種控制穿戴式機器人裝置的方法包括：在檢測器中收集用戶的力信息；基於力信息確定穿戴式機器人裝置的操作所需的需要轉矩量；確定對應於需要轉矩量的聲音；以及輸出所確定的聲音。

用於確定對應於所確定的需要轉矩量的聲音的步驟可包括根據所確定的需要轉矩量確定聲音的頻率、強度、以及音調。

用於輸出所確定的聲音的步驟可包括輸出根據所確定的需要轉矩量具有不同頻率、強度、以及音調的聲音。

用於輸出所確定的聲音的步驟可包括輸出根據穿戴式機器人裝置的操作模式具有不同頻率、強度、以及音調的聲音。

用於輸出所確定的聲音的步驟可包括在穿戴式機器人裝置在第一操作模式下操作時輸出處於第一頻帶中的預設聲音，且在穿戴式機器人裝置在第二操作模式下操作時輸出處於第二頻帶中的預設聲音。

控制穿戴式機器人裝置的方法可包括設定穿戴式機器人裝置的操作模式。

確定穿戴式機器人裝置的操作所需的需要轉矩量可包括基於存儲在存儲器上的力的目標值與由檢測器收集的用戶的力信息之間的差異來確定穿戴式機器人裝置的操作所需的需要轉矩量。

附圖說明

通過以下結合附圖進行的實施例的描述，本公開的這些和/或其它方面將變得明顯且更容易理解，其中：

圖1是示出根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置的外觀的視圖；

圖2是示出根據本公開的一個實施例度的穿戴式機器人裝置的自由度的視圖；

圖3是示出根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置的控制框圖的視圖；

圖4是示出其中根據穿戴式機器人裝置的操作模式確定輸出聲音的頻帶的一個實例的視圖；

圖5是示出其中根據單一操作模式下的穿戴式機器人裝置的需要轉矩量確定聲音的頻帶的一個實例的視圖；以及

圖6是示出根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置的控制過程的流程圖。

具體實施方式

現在將詳細地參考本公開的實施例，其實例在附圖中示出，其中通篇相同參考標號指代相同元件。

在下文中，將參考附圖描述穿戴式機器人裝置和控制穿戴式機器人裝置的方法。

根據本公開的穿戴式機器人裝置被設定為由用戶穿戴。在下文中，穿戴式機器人裝置可被定義為包括輔助殘障用戶行走的行走輔助裝置、用於在工地輔助工人的肌肉力量的肌肉力量增加裝置等的概念。

圖1是示出根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置的視圖，且圖2是示出根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置的自由度的視圖。

參考圖1，根據一個實施例的穿戴式機器人裝置100可包括在用戶的腳的縱向方向上延伸並支撐用戶的重量的框架10和20。框架10和20可包括支撐用戶的大腿的第一框架10和支撐用戶的小腿的第二框架20。

第一框架10可通過髖關節30樞轉地連接到腰固定部40。第一框架10和第二框架20可通過膝關節50樞轉地連接。第二框架20可連接到固定在用戶的腳上的腳部結構60。第二框架20和腳部結構60可通過踝關節70樞轉地連接。

穿戴式機器人裝置100還可包括為髖關節30和膝關節50提供驅動力的驅動源以及控制穿戴式機器人裝置100的操作的控制器。腳部結構60可設有傳感器，且關於由傳感器感測的用戶的活動的信息可被傳送到控制器。控制器可使用所傳送的信息來控制髖關節30或膝關節50的操作。穿戴式機器人裝置100還可包括為踝關節70提供驅動力的驅動源。

參考圖2，第一框架10可樞轉以相對於髖關節30具有3個自由度。3個自由度的操作可由所傳送的驅動力或無驅動力來進行。作為一個實例，雖然第一框架10基於y軸樞轉的1個自由度的一個操作由所傳送的驅動力進行，但是2個自由度的其它操作可在無驅動力的情況下由用戶的活動來進行。同時，在該實施例中，3個自由度的所有操作可由所傳送的驅動力進行。第一框架10可通過拉動或釋放線纜11而基於y軸樞轉。線纜11可纏繞在連接到驅動源(諸如電機)的滑輪12上，且線纜11可使用髖關節30連接到第一框架10。作為一個實例，當驅動源使滑輪12旋轉以將線纜11纏繞在滑輪12上時，第一框架10可基於y軸樞轉。當驅動源使滑輪12旋轉以將線纜11從滑輪12上釋放時，第一框架10可在上述的相反方向上基於y軸樞轉。

此外，第二框架20可樞轉以相對於第一框架10具有1個自由度。可使用膝關節50樞轉地連接到第一框架10的第二框架20可通過拉動或釋放線纜14而樞轉。線纜14可纏繞在連接到驅動源(諸如電機)的滑輪13上，且線纜14可使用本膝關節50連接到第二框架20。

作為一個實例，當驅動源使滑輪13旋轉以將線纜14纏繞到滑輪13上時，第二框架20可基於y軸樞轉。當驅動源使滑輪13旋轉以將線纜14從滑輪13上釋放時，第二框架20可在上述的相反方向上基於y軸樞轉。

此外，腳部結構60可樞轉以相對於第二框架20具有3個自由度。腳部結構60和第二框架20可通過踝關節70樞轉地連接。腳部結構60或第二框架20可在沒有驅動力的情況下根據用戶的活動而繞踝關節70樞轉。腳部結構60或第二框架20可通過由驅動源(諸如電機)傳送的驅動力繞踝關節70樞轉。

此外，腳部結構60可被設置以具有繞被動關節的1個自由度。被動關節可定位在腳部結構60的底部，並且是指其中被動關節由用戶的活動被動地移動的自由度。可為用戶提供被動關節以具有自然行走姿勢，但在某些情況下可省略。

第一固定部90可連接到第一框架10。第一固定部90可包圍用戶的大腿並將第一框架10安裝在用戶的大腿上。第二固定部91可連接到第二框架20。第二固定部91可包圍用戶的小腿並將第二框架20安裝在用戶的小腿上。

當用戶穿戴穿戴式機器人裝置100時，第一框架10或第二框架20可被設置以在用戶的腿的縱向方向上延伸。第一框架10或第二框架20可通過連接多個連杆來提供。多個連杆可由剛性材料製成。第一框架10或第二框架20可通過多個連杆樞轉地連接，且可不僅沿用戶的體線靈活地彎曲，而且還穩定地支撐用戶的重量。

同時，能夠穿在用戶的下肢上的穿戴式機器人裝置100的配置在圖1中被描述為一個實例，但穿戴式機器人裝置100的形態不限於此，且應理解的是，本領域普通技術人員可容易地想到保持在本公開的範圍之內的變化。

在下文中，將參考圖3詳細地描述根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置100的配置。

圖3是示出根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置100的控制框圖的視圖。

參考圖3，根據本公開的一個實施例的穿戴式機器人裝置100可包括輸入單元110、檢測器120、存儲器130、控制器140和輸出單元150。

輸入單元110可為穿戴式機器人裝置100接收用戶的控制命令。用戶可使用輸入單元110設定穿戴式機器人裝置100的模式。穿戴式機器人裝置100可根據用戶的設定在包括第一模式和第二模式的多種模式下操作。

根據一個實例，第一模式和第二模式可包括穿戴式機器人裝置100的康復模式和助力模式中的至少一個。在下文中，康復模式可被定義為在輔助康復患者的活動時提供的模式，且助力模式可被定義為在過程的執行過程中輔助工人的活動時提供的模式。同時，穿戴式機器人裝置100的操作模式的實例不限於此，且可根據設計者的意圖進行各種變化。

輸入單元110可包括用於用戶的輸入的硬體輸入裝置，諸如各種按鈕、開關、鍵盤、滑鼠、跟蹤球等，且一些實施例可包括軟體輸入裝置，即，圖形用戶界面(GUI)，諸如觸摸墊等。當輸入單元110以觸摸墊的形式提供時，觸摸板可作為觸控螢幕面板(TSP)而實施以與顯示器形成交互層結構。

檢測器120可設定在穿戴式機器人裝置100的腳部結構60中以收集關於從用戶施加的力的信息並將所收集的力的信息傳送到控制器140。檢測器120可包括力傳感器以收集關於從用戶施加的力的信息。然而，能夠作為檢測器120而應用的傳感器不限於上述的。

檢測器120可安裝在穿戴式機器人裝置100的腳部結構60上。然而，檢測器120的安裝位置不限於上述的。檢測器120可安裝在穿戴式機器人裝置100的終點(包括連接第一框架10和第二框架20的膝關節50)上。

存儲器130可存儲用於驅動和控制穿戴式機器人裝置100的控制程序或應用。更具體地，存儲器130可存儲用於基於由檢測器120收集的信息確定穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量和對應於需要轉矩量的聲音的程序。

此外，存儲器130可存儲關於根據穿戴式機器人裝置100的操作模式的力的目標值的信息。在下文中，力的目標值可指由穿戴式機器人裝置100的操作模式輸出的期望力的值。作為力的目標值的實例，獲得每個模式下的普通人的力信息以預先建立返回數據，且可基於所存儲的返回數據設定力的目標值。然而，設定力的目標值的方法不限於上述的，且可由用戶任意地確定。

同時，關於力的目標值的信息可根據穿戴式機器人裝置100的操作模式不同地設定。例如，當用戶需要在第二操作模式下由比第一操作模式更大的力來輔助時，第二操作模式下的力的目標值可被設定為比第一操作模式的設定更高。

存儲器130可存儲根據穿戴式機器人裝置100的操作模式的聲音信息。具體地，存儲器130可存儲關於根據穿戴式機器人裝置100的操作模式的聲音的頻率、強度和音調的信息。

作為一個實例，在穿戴式機器人裝置100在第一操作模式下操作時，存儲器130可存儲關於第一頻帶的聲音的信息，並在穿戴式機器人裝置100在第二操作模式下操作時，存儲器130可存儲關於第二頻帶的聲音的信息。

存儲器130可存儲關於根據在控制器140中確定的需要轉矩量的聲音的信息。具體地，存儲器130可存儲關於根據在控制器140中確定的需要轉矩量的聲音的頻率、強度和音調的信息。

存儲器130可包括以下中的至少一種類型的存儲介質：閃速存儲器、硬碟型存儲器、多媒體卡微型存儲器、卡型存儲器(例如，安全數字(SD)或極限數字(XD)存儲器)、動態隨機存取存儲器(DRAM)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、可編程ROM(PROM)、磁存儲器、磁碟、光碟等。

控制器140可控制穿戴式機器人裝置100的整體操作。控制器140可控制穿戴式機器人裝置100的每個組件，包括輸入單元110、檢測器120、存儲器130、輸出單元150等。控制器140可以是各種處理器，其包括集成電路形成在其中的至少一個晶片。

控制器140可基於用檢測器120收集的信息確定穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量，且可確定對應於需要轉矩量的聲音，更具體地，確定聲音的頻率、強度、以及音調。

聲音的頻率、強度、以及音調是指聲音的特性的典型元素，聲音的頻率是指聲音的高或低的音調，聲音的強度是指聲音的密度(即，聲音的能量)，且聲音的音調是指聲音的形式(即，聲音的頻譜)。

作為一個實例，聲音可包括在操作穿戴式機器人裝置100時產生的機械聲音、腳步聲等，且在一些實施例中還可包括預先存儲的人的聲音(例如，嘆息聲)。

在下文中，為了描述的方便，將詳細描述其中控制器140確定聲音的頻率的過程。在一些實施例中，確定聲音的強度和音調的過程也可與確定聲音的頻率的過程相同。在下文中，在確定聲音的強度和音調的過程中，確定聲音的頻率的重複描述將被省略。

控制器140可根據穿戴式機器人裝置100的操作模式不同地確定從輸出單元150輸出的聲音的頻帶。

圖4是示出其中根據穿戴式機器人裝置的操作模式確定輸出聲音的頻帶的實例的視圖。在下文中，為了描述的方便，將其中穿戴式機器人裝置100在康復模式或助力模式下操作的情況描述為一個實例。

參考圖4，當穿戴式機器人裝置100在康復模式下操作時，從輸出單元150輸出的聲音的頻帶可被確定為第一頻帶，且當穿戴式機器人裝置100在助力模式下操作時，從輸出單元150輸出的聲音的頻帶可被確定為第二頻帶。

通常，由於助力模式可比康復模式對用戶輔助更大的力，所以從康復模式輸出的聲音的頻帶可比從助力模式輸出的聲音的頻帶更高。結果，與在助力模式中輸出的聲音相比，在康復模式下可輸出更亮且更清晰的聲音。

此外，控制器140可基於存儲在存儲器130中的關於力的目標值的信息和由檢測器120收集的用戶的力信息來確定穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量。這裡，力的目標值可指根據穿戴式機器人裝置100的操作模式確定的值，且穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量可根據穿戴式機器人裝置100的操作模式來不同地確定。

計算穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量的方法可表示為下面的等式1。

等式(1)

Frob＝Fref–Fact

這裡，Frob是指穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量，Fref是指存儲在存儲器130中的力的目標值，並且Fact是指由檢測器120收集的用戶的力信息。

控制器140可根據需要轉矩量確定從輸出單元150輸出的聲音的頻率。

圖5是示出其中根據穿戴式機器人裝置100的需要轉矩量來確定聲音的頻帶的實例的視圖。在下文中，以康復模式作為實例，將描述可根據穿戴式機器人裝置100的需要轉矩量來確定聲音的頻帶。

參考圖5，可根據穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量將對應於康復模式的第一頻帶分為多個區段。

例如，穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量可被分為10個操作，並且因此對應於康復模式的第一頻帶可被分為10個區段，包括f1到f10。在該實施例中，在需要轉矩量增大時，需要轉矩量可從第一操作增大到第十操作，且對應於需要轉矩量的聲音的頻率可被確定從f1到f10。

同時，穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量的範圍可由用戶基於穿戴式機器人裝置100的輸出轉矩任意地設定。例如，穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量可在第一轉矩和第二轉矩的範圍內設定，且轉矩量的設定範圍可隨用戶的操作而變化。

在圖5中，為了描述的方便，將康復模式描述為一個實例，但是確定從助力模式輸出的聲音的方法可與康復模式相同。

輸出單元150可輸出由控制器140確定的聲音。詳細地，輸出單元150可輸出根據由穿戴式機器人裝置100的操作模式和控制器140確定的需要轉矩量具有不同頻率、強度、以及音調的聲音。

作為一個實例，輸出單元150輸出根據穿戴式機器人裝置100的操作模式具有不同頻帶的聲音。從輸出單元150輸出的聲音的頻率的範圍可在約1kHz至6kHz的範圍內，即，在人容易聽見的頻率範圍內。

例如，當穿戴式機器人裝置100在第一操作模式下操作時，輸出單元150可輸出第一頻帶的預設聲音，並且當穿戴式機器人裝置100在第二操作模式下操作時，輸出單元150可輸出第二頻帶的預設聲音。

此外，輸出單元150可根據由控制器140確定的需要轉矩量輸出具有不同頻率的聲音。

如上所述，穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量可被分為10個操作，並且因此對應於康復模式的第一頻帶可被分為10個區段，包括f1到f10。在實施例中，在需要轉矩量增大時，需要轉矩量可從第一操作增大到第十操作，且因此從輸出單元150輸出的聲音的頻率可從f1增大到F10。

此外，輸出單元150可根據需要轉矩量的輸出限制來輸出報警聲。作為一個實例，當需要轉矩量的大小對應於第十操作時，輸出單元150可輸出預定的報警聲且因此提供關於停止穿戴式機器人裝置100的使用的建議的報警。

這樣的輸出單元150可包括揚聲器。然而，輸出單元150的實例不限於此，且能夠提供聲音顯示的所有配置可包括在本領域普通技術人員可容易地想到的範圍內。

如上所述，描述了根據一個實施例的穿戴式機器人裝置100。

在根據一個實施例的穿戴式機器人裝置100中，穿戴式機器人裝置100的操作模式可根據用戶的意圖來選擇，且不同頻帶的聲音可根據穿戴式機器人裝置100的操作模式而輸出。

詳細地，當選擇穿戴式機器人裝置100的康復模式時，可提供高頻的聲音效果，使得用戶感覺到裝置輕便且敏捷，且因此康復治療可通過刺激用戶的心理因素和體驗來輔助。相反地，當選擇穿戴式機器人裝置100的助力模式時，可提供低頻的聲音效果，使得用戶感覺到裝置在體力工作現場是重的。因此，關於當前狀態的信息可通過聲音通知給用戶，且結果，用戶可被鼓勵以通過反饋或心理因素來工作。

接下來，將描述用於控制穿戴式機器人裝置100的方法的一個實例。

圖6是示出根據本公開的一個實施例的控制穿戴式機器人裝置100的過程的流程圖。

參考圖6，根據一個實施例的穿戴式機器人裝置100的控制方法可包括：輸入平均採樣數據的參考力(S220)；基於力信息確定穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量(S230)；確定對應於需要轉矩量的聲音的頻率(S240)；以及輸出對應於所確定的頻率的聲音(S250)。

同時，在根據一個實施例的穿戴式機器人裝置100能夠在多種模式下操作時，可包括設定穿戴式機器人裝置100的操作模式的過程(S210)。穿戴式機器人裝置100的操作模式可包括康復模式和助力模式，但操作模式的實例不限於此。

在設定穿戴式機器人裝置100的操作模式時，可用檢測器120進行輸入平均採樣數據的參考力。輸入平均採樣數據的參考力可包括通過力傳感器收集用戶的力信息(S220)。

在收集關於用戶的力信息時，穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量的確定可基於力信息來進行。穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量的確定可包括基於存儲在存儲器130中的力的目標值與所收集的用戶的力信息之間的差異來確定工作所需的需要轉矩量(S230)。

在確定穿戴式機器人裝置100的操作所需的需要轉矩量時，穿戴式機器人裝置100可基於所確定的轉矩量操作，且可同時進行對應於穿戴式機器人裝置100的操作的聲音的輸出。

更詳細地，對應於穿戴式機器人裝置100的操作的聲音的輸出可包括確定對應於需要轉矩量的聲音頻率(S240)並且輸出對應於所確定的頻率的聲音(S250)。

在確定對應於需要轉矩量的聲音頻率時，聲音頻率可根據需要轉矩量而不同地確定。重複的描述將在下面被省略。

此外，在輸出對應於所確定的頻率的聲音時，可根據需要轉矩量輸出不同頻率的聲音。重複的描述將在下面被省略。

如從上面的描述明顯的，由於根據本公開的穿戴式機器人裝置及其控制方法根據穿戴式機器人裝置的操作提供聲音顯示，所以穿戴式機器人裝置的用戶可減少檢查視覺顯示的動作，同時仍保持裝置的可操作性。具體地，穿戴式機器人裝置可在康復模式的情況下輸出亮且高的聲音效果且在助力模式下輸出重且低的聲音效果。

此外，可通過將穿戴式機器人裝置的操作狀態通知到其周圍環境來防止事故。

如上所述，詳細描述了穿戴式機器人裝置及其控制方法。雖然已示出並描述了本公開的幾個實施例，但是本領域技術人員應理解的是，在不背離本公開的原理和精神的情況下，可對這些實施例做出變化，本公開的範圍在權利要求書及其等同物中限定。