[发明专利]外骨骼系统、控制装置和方法

说明书

本发明涉及一种外骨骼系统（1），具有：第一外骨骼单元（11），用于支撑第一身体部分（21）；第二外骨骼单元（12），用于支撑第二身体部分（22）；和控制装置（30）；其中控制装置构造用于基于调节模型（31）控制第一外骨骼单元（11）和/或第二外骨骼单元（12），其中调节模型基于多体系统（32），多体系统模型化第一外骨骼单元（11）、第二外骨骼单元（12）和第一和/或第二身体部分（21、22）；并且其中第一外骨骼单元（11）和第二外骨骼单元（12）相互机械去耦。此外，本发明还涉及一种用于控制第一和/或第二外骨骼单元（11、12）的控制装置（30）和相应的方法（100）。

技术领域

本发明涉及穿戴式辅助系统的领域和尤其是内/外骨骼系统、控制装置和方法。

背景技术

外骨骼由现有技术已知。

这种外骨骼通常是外部的支撑结构，此外是护甲，其可以例如借助由伺服电机驱动的关节支撑或增大穿戴者的运动。人造外骨骼例如早已在医学中用作矫形器。本公开涉及一种人造内和/或外骨骼。

外骨骼的有利的应用领域包括医学应用、工业应用以及军事应用。在医学领域中，外骨骼尤其应用在康复机器人的领域中，并且用于为身体缺陷提供支撑。在工业和军事领域中，外骨骼应该提高使用者的能力，尤其增大其力量例如用于抬高和运输更重的负载，以及提高使用者的耐力。形式为外骨骼套装的外骨骼的示例是日本Tsukuba大学和机器人公司Cyberdyne Inc.的HAL（Hybrid Assistive Limb，混合辅助肢体）。由文献EP 3 173 191A2已知了用于估计机器人助行器的姿势的方法。此外，由US 9 655 805 B2已知了行走辅助机器人和附属的控制方法。

挑战是对外骨骼的机械设计进行设计，从而使外骨骼的运动与使用者的运动相一致。优选地，外骨骼匹配于使用者的身体，从而使外骨骼的关节布置在使用者的关节附近。Hernandez等人在“Refinement of exoskeleton design using multibody modelling:an overview”CCToMM Machanics, Machines and Mechatronics (M³) Symposium, 2015中描述了，在设计外骨骼时可以以人体的多体系统为基础，以便由此导出用于外骨骼的机械设计的必要的自由度。

对已知的外骨骼的控制可以以两种方式和方法进行。首先，外骨骼可以跟随由使用者预设的运动。为此可以检测使用者的运动期望。在外骨骼的关节中的压力传感器或转矩传感器例如可以检测使用者的运动，并且使外骨骼跟随该运动。备选地可以设置EMG（肌电图）传感器，其检测肌肉或肌肉群的激活。外骨骼可以实施相应于肌肉的激活的运动。因此，使用者的运动或运动期望单独控制外骨骼。

其次，尤其在康复医学的领域中，外骨骼可以给使用者预设预先定义的运动。由此可以重新学习例如由于中风而丧失的运动过程。

现有的外骨骼系统的缺点是相对不精密的控制。发明人认识到，当多个人员（其分别穿戴外骨骼）共同工作时，这尤其是有问题的。第一解决方案现在是，改进用于检测使用者的运动期望的传感器，并且因此能够实现分别更精密地控制各个外骨骼。

发明内容

基于该背景，本发明的任务在于，提供一种改进的外骨骼系统。尤其期望的是，进一步改进人和外骨骼的共同作用。

根据本公开的第一方面，因此提出了提供一种外骨骼系统，该外骨骼系统具有：

- 第一外骨骼单元，用于支撑第一身体部分；

- 第二外骨骼单元，用于支撑第二身体部分；和

- 控制装置；

其中控制装置构造用于基于调节模型控制第一外骨骼单元和/或第二外骨骼单元，其中调节模型基于多体系统，多体系统（至少部分）模型化（或塑造）