[发明专利]基于视觉的外骨骼机器人足迹规划系统、方法及存储介质

说明书

本发明公开了一种基于视觉的外骨骼机器人足迹规划系统，包括：意图识别模块，用于捕捉外骨骼佩戴者的肢体动作或声音，得出目标的位置和方向；地形感知模块，用于获取环境的地形数据，并生成地形的立体地图；足迹规划模块，用于根据目标的位置和方向、地形的立体地图，计算出最优的足迹序列；全息显示模块，用于在现实世界的空间坐标系中显示计算出的足迹序列。本发明还公开了一种基于视觉的外骨骼机器人足迹规划方法和存储介质。本发明结合外骨骼佩戴者的需求和实际地形计算出最优的足迹序列，并通过全息影像在现实世界的空间坐标系中展示给外骨骼佩戴者，为外骨骼佩戴者指示下一步的立足点，增加了穿戴者的安全感，能很好地应用在各种未知场景。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种基于视觉的外骨骼机器人足迹规划系统、方法及存储介质。

背景技术

世界上有大量的人由于疾病或车祸而出现下肢运动障碍，这意味着他们没有下肢运动能力，或者说他们的下肢运动能力很弱。另一方面，随着世界进入老龄化社会，老年人下肢运动障碍的护理问题日益突出。下肢外骨骼机器人是解决下肢残疾和老年人助行问题最有潜力的方法之一，有望帮助截瘫患者在日常生活中再次行走，能显著提高下肢功能障碍患者的运动能力和生活质量

与智能假肢不同，外骨骼机器人主要集中在与穿戴者的身体耦合与合作上，而不是某些肢体的替换，外骨骼机器人与穿戴者是紧耦合状态，理解穿戴者的行为意图对于外骨骼至关重要。

目前，意图理解的常用方法是在两根拐杖上使用按钮，穿戴者通过按钮来引导外骨骼移动想要移动的腿，其步态是预先设定的，不能应用于复杂地形；借助表面肌电图(SEMG)虽然可以自然反映人类运动的意图，然而，一些严重截瘫患者无法从下肢采集肌电图信号；借助脑电图(EEG)信号虽然能反映运动的真实意图，且不存在信号无法获得的情况，然而，脑电信号的维数高、噪声大、动态性强，使得此种方法无法在日常中实际被应用。

另外，足迹规划是外骨骼应用的另一个难点，传统的视觉足迹规划都是由机器人来完成的，在已经看到或事先布置有外部视觉传感器的场景中行走，而不是在未知环境中行走，外骨骼机器人的步态基本上是预置的，不能应用于动态场景、转弯等场景，这会导致轨迹规划比较笨拙。因此，在未知场景中，快速规划足迹序列是一个巨大的挑战。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于视觉的外骨骼机器人足迹规划系统、方法及存储介质，可以完美解决意图理解和足迹规划这两大难点，在空间坐标系中精确显示目标点所在的位置和方向，根据地形识别规划足迹序列，并将足迹序列规划的结果直观地显示在现实世界的空间上。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于视觉的外骨骼机器人足迹规划系统，包括：

意图识别模块，用于捕捉外骨骼佩戴者的肢体动作或声音，得出目标的位置和方向；

地形感知模块，用于获取环境的地形数据，并生成地形的立体地图；

足迹规划模块，用于根据所述意图识别模块得到的目标的位置和方向、所述地形感知模块得到的地形的立体地图，计算到达目标位置的足迹序列；

全息显示模块，用于在现实世界的空间坐标系中向外骨骼佩戴者显示计算出的所述足迹序列。

作为其中一种实施方式，所述意图识别模块与所述全息显示模块集成于混合现实显示装置上，所述混合现实显示装置固定在外骨骼佩戴者的头部。

作为其中一种实施方式，所述肢体动作包括凝视、手势的至少一种。

作为其中一种实施方式，所述足迹规划模块包括：

路径规划模块，用于根据目标的位置和方向，规划外骨骼质心的近似轨迹；

脚步规划模块，用于根据外骨骼质心的近似轨迹，规划外骨骼的左右脚的足迹。