CN104977928B - 行走意图检测装置及其系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种行走意图检测装置及其系统和方法。行走意图检测装置包括插入步行者的脚的下穿戴部分以及布置于下穿戴部分之上以覆盖步行者的脚的顶部和脚跟的上穿戴部分。张力传感器布置于下穿戴部分与上穿戴部分之间并被配置为响应于步行运动测量传递至下穿戴部分和上穿戴部分的力。此外，当可穿戴机器人用于提供步行操作的稳定性时检测行走意图，从而提高可售性和便利性并且通过简化的机制提高可穿戴机器人的行走性能，从而以低成本创造更高的效率。

Description

行走意图检测装置及其系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2014年4月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0040443号的优先权益，通过引用将其公开的全部内容结合于此。
技术领域
本公开涉及一种行走意图检测装置及其系统和方法，并且更具体地，涉及检测安装有可穿戴机器人的步行者的行走意图的行走意图检测装置及其系统和方法。
背景技术
通常人体可穿戴步行机器人是使用人机同步的可穿戴机器人。近来，随着这种技术的发展，已进行了为步行机器人的行走操作检测行走意图的研究。行走意图被认为是人类行走意图，但当行走意图可能没直接得到确认时，可基于特定身体部分(例如，身体动作)的变化推测行走意图。此外，行走意图检测意指检测用户开始或停止行走的意图或意指检测左脚和右脚的运动状态。
同时，相关技术的装置使用安装于机器人立足点中的传感器或测压元件或肌电图，基于用户在人类可穿戴步行辅助机器人中想要进行的操作检测行走意图。然而，在使用安装于立足点上的传感器或测压元件的情况下，减小了耐久性和准确性并且当使用肌电图时，在肌肉疲劳时可能会降低辨别力并且可能会降低行走意图的准确性。
发明内容
本公开提供一种检测安装有可穿戴机器人的步行者的行走意图的行走意图检测装置及其系统和方法。
根据本公开示例性实施方式，步行者的行走意图检测装置可包括：插入步行者的脚的下穿戴部分；上穿戴部分，被配置为设置于下穿戴部分之上，以覆盖步行者的脚的顶部和脚跟；以及张力传感器，布置于下穿戴部分与上穿戴部分之间，并被配置为响应于行走运动测量传递至下穿戴部分和上穿戴部分的力。
行走意图检测装置可进一步包括：控制器，被配置为连接张力传感器以检测行走意图。上穿戴部分可包括被配置为覆盖脚的顶部的第一上穿戴部分与被配置为覆盖脚跟的第二上穿戴部分。第一上穿戴部分和第二上穿戴部分可以预定间隔彼此间隔开。张力传感器可包括：第一测压元件，布置于第一上穿戴部分和下穿戴部分的前部之间；以及第二测压元件，布置于第二上穿戴部分和下穿戴部分的后部之间。
此外，第一测压元件可包括第一连接带，并且第二测压元件可包括第二连接带，因而，第一测压元件的第一连接带可连接第一上穿戴部分与下穿戴部分，并且第二测压元件的第二连接带可连接第二上穿戴部分与下穿戴部分。张力传感器可进一步包括：第三测压元件，布置于第一上穿戴部分的后部与下穿戴部分的后部之间，以经由第三连接带连接第一上穿戴部分的后部与下穿戴部分的后部；以及第四测压元件，布置于第二上穿戴部分的前部和下穿戴部分的前部之间，以经由第四连接带连接第二上穿戴部分的前部与下穿戴部分的前部。第三测压元件和第四测压元件可彼此间隔开，并且第三连接带和第四连接带在彼此间隔开时可彼此相交。
此外，矩形框架可布置于第一上穿戴部分和下穿戴部分的前部与第二上穿戴部分和下穿戴部分的后部之间，并且矩形框架的内部可包括第三测压元件、第三连接带、第四测压元件和第四连接带。张力传感器可分别布置于下穿戴部分和上穿戴部分的外侧和内侧上，以测量在行走运动过程中从脚产生的力的平衡。
根据本公开另一示例性实施方式，步行者的行走意图检测系统可包括：输入单元，被配置为使用插入步行者的脚的穿戴部分中的张力传感器感测并测量所产生的信息；放大器，被配置为将从输入单元产生的信息放大成信号；计算器，被配置为用放大器放大的信号检测行走意图；以及输出单元，被配置为响应于计算器所检测的行走意图操作机器人。
根据本公开另一示例性实施方式，步行者的行走意图检测方法可包括：使用插入步行者的脚的穿戴部分中的张力传感器感测并测量产生的信息；以及基于在信息的感测和测量中检测到的信息操作机器人。行走意图检测方法可进一步包括：将在信息的感测和测量中产生的信息放大成信号；以及用在信息的放大中放大的信号检测行走意图，以响应于检测的行走意图操作机器人。
本公开还包括一种包括由控制器执行的程序指令的非临时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：使用张力传感器感测并测量插入步行者的脚的穿戴部分中的张力信息的程序指令；将所述张力信息放大成信号的程序指令；使用所放大的信号检测行走意图的程序指令；以及响应于所检测的行走意图操作机器人的程序指令。
附图说明
根据结合附图的以下具体的描述，本公开的上述及其他目标、特征和优点将更加显而易见。
图1是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测装置的示例图；
图2是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测装置的示例性侧视图；
图3a-图3b是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测装置中产生力之前的状态的示例图；
图4a-图4b是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测装置中的步行运动过程中产生力的状态的示例图；
图5a-图5b是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测装置中的相反的步行运动过程中产生力的状态的示例图；
图6是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测系统的示例性配置图；以及
图7是示出根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测方法的示例图。
附图中的每个元件的标号
10：输入单元
20：放大器
30：计算器
40：输出单元
100：下穿戴部分
200：上穿戴部分
210：第一上穿戴部分
220：第二上穿戴部分
300：张力传感器
310：第一测压元件
311：第一连接带
320：第二测压元件
321：第二连接带
330：第三测压元件
331：第三连接带
340：第四测压元件
341：第四连接带
350：矩形框架
具体实施方式
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行该示例性过程，但是应该理解该示例性过程也可由一个模块或多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器指代包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置为存储模块并且处理器被具体被配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可被体现为包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非临时性计算机可读媒体。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。该计算机可读记录介质也可以分布在网络耦接的计算机系统中，使得以分布的方式存储和执行该计算机可读介质，例如，通过远程信息处理服务器或控制器区域网(CAN)。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指定陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所用的，术语“和/或”包括所关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。
现将参照附图对本公开的示例性实施例进行详细描述。如图1至图5所示，根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测装置可包括被配置为容纳步行者的脚的下穿戴部分100和下穿戴部分100上的上穿戴部分200，以及张力传感器300，被配置为测量步行运动过程中传递至下穿戴部分100和上穿戴部分200的力。如图1和图2所示，下穿戴部分100可具有其上表面可打开以将步行者的脚容纳于其中的鞋形状。在该结构中，下穿戴部分100可具有基本平坦的底以允许步行者的脚底能接触下穿戴部分100的底表面，并可包括两个侧、后表面以及可包括具有预定高度的侧壁的前部和后部。
同时，下穿戴部分100可形成为大于一般的鞋形状以允许步行者的脚更容易进入其中和从其离开。上穿戴部分100可布置在下穿戴部分100上以覆盖步行者的脚的顶部和脚跟。具体地，上穿戴部分200可包括第一上穿戴部分210，被配置为覆盖步行者的脚的顶部，以及第二上穿戴部分220，被配置为覆盖步行者的脚跟，其中，第一上穿戴部分210和第二上穿戴部分220可以预定间隔彼此间隔开。
此外，第一上穿戴部分210的前部可具有与脚的顶部相似的形状以覆盖步行者的脚的顶部，第二上穿戴部分220的后部可包括锁定部分以覆盖步行者的脚跟，并且第一上穿戴部分210和第二上穿戴部分220的两侧可包括具有预定高度的侧壁。张力传感器300可布置于下穿戴部分100和上穿戴部分200之间，以被配置为基于步行运动测量传递至下穿戴部分100和上穿戴部分200的力并检测行走意图。
步行者的行走意图检测装置可进一步包括连接至张力传感器300并被配置为检测行走意图的控制器。在这种结构中，控制器可布置在上穿戴部分200或下穿戴部分100，但可分离地布置在装置的外部以与张力传感器无线连接。换言之，根据本公开示例性实施方式，当安装可穿戴机器人时步行者的脚可装在对应机器人的脚的穿戴部分中以使用张力传感器300测量力，并且所测量的数据可被传输至控制器以检测行走意图，从而响应于行走意图操作机器人。
张力传感器300可包括第一测压元件310，布置于第一上穿戴部分210与下穿戴部分100的前部之间，以及第二测压元件320，布置于第二上穿戴部分220的后部和下穿戴部分100的后部之间，以检测步行时从脚的顶部到脚跟是否产生了从步行者的脚传递的力。因此，第一测压元件310可包括第一连接带311，并且第二测压元件320可包括第二连接带321，使得第一测压元件310的第一连接带311连接第一上穿戴部分210与下穿戴部分100，并且第二测压元件320的第二连接带321可连接第二上穿戴部分220与下穿戴部分100。在这种配置中，当行走时从步行者脚传递的力是脚的顶部时，布置于第一上穿戴部分210和下穿戴部分100之间的第一连接带311可拉紧(例如，在第一连接带311上可检测到张力)，并且第一测压元件可被配置为检测拉紧的第一连接带以检测力产生点是脚的顶部。此外，当从步行者的脚传递的力是脚跟时，布置于第二上穿戴部分220和下穿戴部分100之间的第二连接带321可被拉紧(例如，绷紧)，并且第二测压元件320可被配置为检测拉紧的第二连接带以检测力产生点是脚跟。
此外，张力传感器部分300可进一步包括第三测压元件330，布置于第一上穿戴部分210的后部和下穿戴部分100的后部之间，以经由第三连接带331连接第一上穿戴部分210的后部与下穿戴部分100的后部，以及第四测压元件340，布置于第二上穿戴部分220和下穿戴部分100的前部之间，以经由第四连接带341连接第二上穿戴部分220的前部与下穿戴部分100的前部。具体地，第三测压元件330和第四测压元件340可彼此间隔开，并且第三连接带331和第四连接带341可在间隔开的时候彼此相交，以检测步行者向前或反向(例如，以向前或相反/向后方向)移动时，脚的顶部或脚跟沿对角线方向移动。
如上所述，根据本公开示例性实施方式，在行走时(例如，在步行运动过程中)，由于下穿戴部分100与步行者的脚之间以及上穿戴部分200与步行者的脚之间的力的产生可选择性地拉紧布置于下穿戴部分100与上穿戴部分200之间的连接带，以及如图3a至4b所示，在向前移动过程中，由于使步行者的脚的顶部推动第一上穿戴部分210的力，安装于第一上穿戴部分210的前表面的第一连接带311可垂直拉紧并且脚的顶部的尖的上端和脚跟的下端的第三连接带331可拉紧。此外，如图3a至图5b所示，在反向移动时(例如，在沿相反方向行走时)，由于使步行者的脚跟推动第二上穿戴部分220的力，安装在第二上穿戴部分220的后表面的第二连接带321可拉紧，并且第二上穿戴部分220的脚跟的上端的和脚趾的尖的下端的第四连接带341可选择性地拉紧。
此外，矩形框架350可布置于第一上穿戴部分210和下穿戴部分100的前部与第二上穿戴部分220和下穿戴部分100的后部之间，因而第三测压元件330和第三连接带331与第四测压元件340和第四连接带341可布置于矩形框架350内部。此外，张力传感器330可选择性地布置在下穿戴部分100和上穿戴部分的外侧和内侧的任一侧上，并可分别布置在其外侧和内侧上以在行走时更精确地测量从步行者的脚产生的力的平衡。
如图6所示，根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测系统可包括：输入单元10，被配置为使用可插入步行者的脚的穿戴部分中的张力传感器300来检测信息；放大器20，被配置为将信息放大成信号；计算器30，被配置为使用信号检测行走意图；以及输出单元40，被配置为响应于行走意图操作机器人。可由控制器执行输入装置10、放大器20、计算器30以及输出单元40。
此外，将参考图1至图5b描述穿戴部分和拉紧传感器300。输入单元10可被配置为使用可插入步行者的脚的穿戴部分中的张力传感器300基于行走来检测并测量关于传递至穿戴部分的力的信息。放大器20可被配置为将从输入单元10产生的信息放大成信号。计算器30可与放大器20链接以检测由放大器20放大的与信号有关的信息的行走意图。具体地，张力传感器300可被配置为在输入单元10中由于穿戴部分与脚之间的力的产生而产生张力，放大器20可被配置为将关于张力的信息放大成信号，以及计算器30可被配置为基于张力传感器300中的变化计算力产生点，从而检测行走意图。
输入单元40可被配置为响应于由计算器30所检测的行走意图操作机器人。换言之，根据本公开示例性实施方式，当用户穿上可穿戴机器人时，步行者的脚可装入对应机器人的脚的穿戴部分中，与张力传感器300链接的输入单元10可测量力，并且所测量的数据可被传输至放大器20和计算器30以检测行走意图，以允许输出单元40响应于行走意图操作机器人。
如图7所示，根据本公开示例性实施方式的步行者的行走意图检测方法可包括由控制器使用可插入步行者的脚的穿戴部分中的张力传感器300检测信息(S10)、由控制器将信息放大成信号(S20)、由控制器使用信号检测行走意图(S30)以及由控制器响应于行走意图操作机器人(S40)。同时，将参考图1至图5b描述穿戴部分和张力传感器300。
在信息的检测中(S10)，可检测和测量使用可插入步行者的脚的穿戴部分中的张力传感器300的关于响应于步行运动传递至穿戴部分的力的信息。在信息的放大中(S20)，可将在信息的检测(S10)中产生的信息放大成信号。在行走意图的检测(S30)中，可使用与在信息的放大(S20)中放大的信号有关的信息检测行走意图，这可与步骤S20一起操作。具体地，在行走意图的检测(S30)中，张力传感器300可被配置为由于在信息的检测(S10)中穿戴部分与步行者的脚之间的力的产生而产生张力，在信息的放大(S20)中可将与张力有关的信息放大成信号，以及可基于在行走意图的检测(S30)中的张力传感器300的变化计算力产生点，从而检测行走意图。
在机器人的操作(S40)中，可响应于可在行走意图的检测(S30)中检测的行走意图操作机器人。即，根据本公开示例性实施方式，步行者的脚可装入对应机器人的脚的穿戴部分中，因而张力传感器300可被配置为在信息的检测(S10)中测量力，可在信息的放大(S20)中放大信号，并且可基于放大的信号检测行走意图的检测(S30)，并可响应于检测在机器人的操作中的行走意图操作机器人(S40)。
如上所述，当穿上(例如，装给用户)可穿戴机器人时，可检测行走意图以提供行走操作的稳定性，从而提高可售性和便利性并且通过简化的机制可改善可穿戴机器人的行走性能，从而以低成本创造更高的效率。
虽然出于说明性的目的描述了本发明的示例性实施方式，然而，本领域中的技术人员将认识到在没有背离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的前提下可以进行各种变形、添加以及替换。因此，还应当理解的是这样的变型、添加以及替换在本公开的范围之内。

Claims (9)

1.一种步行者的行走意图检测装置，包括：
插入步行者的脚的下穿戴部分；
上穿戴部分，布置于所述下穿戴部分之上以覆盖步行者的脚的顶部及脚跟；以及
张力传感器，布置于所述下穿戴部分与所述上穿戴部分之间并被配置为响应于步行运动测量传递至所述下穿戴部分和所述上穿戴部分的力，
其中，所述上穿戴部分包括第一上穿戴部分，所述第一上穿戴部分被配置为覆盖所述步行者的所述脚的顶部，以及第二上穿戴部分，所述第二上穿戴部分被配置为覆盖所述步行者的脚跟，并且所述第一上穿戴部分和所述第二上穿戴部分以预定间隔彼此间隔开，
所述张力传感器包括：
第一测压元件，布置于所述第一上穿戴部分与所述下穿戴部分的前部之间；以及
第二测压元件，布置于所述第二上穿戴部分与所述下穿戴部分的后部之间，
其中，所述第一测压元件包括第一连接带并且所述第二测压元件包括第二连接带，并且所述第一测压元件的所述第一连接带连接所述第一上穿戴部分与所述下穿戴部分，并且所述第二测压元件的所述第二连接带连接所述第二上穿戴部分与所述下穿戴部分，
所述第一测压元件被配置为检测拉紧的第一连接带以检测力产生点是脚的顶部，并且所述第二测压元件被配置为检测拉紧的第二连接带以检测力产生点是脚跟。
2.根据权利要求1所述的行走意图检测装置，进一步包括：
控制器，被配置为与所述张力传感器连接以检测行走意图。
3.根据权利要求1所述的行走意图检测装置，其中，所述张力传感器进一步包括：
第三测压元件，布置于所述第一上穿戴部分的所述后部与所述下穿戴部分的所述后部之间，以经由第三连接带连接所述第一上穿戴部分的所述后部与所述下穿戴部分的所述后部；以及
第四测压元件，布置于所述第二上穿戴部分的所述前部与所述下穿戴部分的所述前部之间，以经由第四连接带连接所述第二上穿戴部分的所述前部与所述下穿戴部分的所述前部。
4.根据权利要求3所述的行走意图检测装置，其中，所述第三测压元件和所述第四测压元件彼此间隔开，并且所述第三连接带与所述第四连接带在彼此间隔开的同时彼此相交。
5.根据权利要求3所述的行走意图检测装置，进一步包括：
多个矩形框架，布置于所述第一上穿戴部分和所述下穿戴部分的所述前部与所述第二上穿戴部分和所述下穿戴部分的所述后部之间，
其中，所述矩形框架的内部包括所述第三测压元件、所述第三连接带、所述第四测压元件以及所述第四连接带。
6.根据权利要求1所述的行走意图检测装置，其中，所述张力传感器分别布置于所述下穿戴部分与所述上穿戴部分的外侧和内侧上，以测量在所述步行运动过程中从所述步行者的脚产生的力的平衡。
7.一种步行者的行走意图检测系统，包括：
存储器，被配置为存储程序指令；以及
处理器，被配置为执行所述程序指令，执行时的所述程序指令被配置为：
使用张力传感器感测并测量插入步行者的脚的穿戴部分中的张力信息，所述张力传感器布置于所述穿戴部分的下穿戴部分与上穿戴部分之间并被配置为响应于步行运动测量传递至所述下穿戴部分和所述上穿戴部分的力；
将所述张力信息放大成信号；
使用所放大的信号检测行走意图；以及
响应于所检测的行走意图操作机器人，
其中，所述上穿戴部分包括第一上穿戴部分，所述第一上穿戴部分被配置为覆盖所述步行者的所述脚的顶部，以及第二上穿戴部分，所述第二上穿戴部分被配置为覆盖所述步行者的脚跟，并且所述第一上穿戴部分和所述第二上穿戴部分以预定间隔彼此间隔开，
所述张力传感器包括：
第一测压元件，布置于所述第一上穿戴部分与所述下穿戴部分的前部之间；以及
第二测压元件，布置于所述第二上穿戴部分与所述下穿戴部分的后部之间，
其中，所述第一测压元件包括第一连接带并且所述第二测压元件包括第二连接带，并且所述第一测压元件的所述第一连接带连接所述第一上穿戴部分与所述下穿戴部分，并且所述第二测压元件的所述第二连接带连接所述第二上穿戴部分与所述下穿戴部分，
所述第一测压元件被配置为检测拉紧的第一连接带以检测力产生点是脚的顶部，并且所述第二测压元件被配置为检测拉紧的第二连接带以检测力产生点是脚跟。
8.一种步行者的行走意图检测方法，包括：
由控制器使用张力传感器感测并测量插入步行者的脚的穿戴部分中的张力信息，所述张力传感器布置于所述穿戴部分的下穿戴部分与上穿戴部分之间并被配置为响应于步行运动测量传递至所述下穿戴部分和所述上穿戴部分的力；以及
由所述控制器基于所检测的张力信息操作机器人，
其中，所述上穿戴部分包括第一上穿戴部分，所述第一上穿戴部分被配置为覆盖所述步行者的所述脚的顶部，以及第二上穿戴部分，所述第二上穿戴部分被配置为覆盖所述步行者的脚跟，并且所述第一上穿戴部分和所述第二上穿戴部分以预定间隔彼此间隔开，
所述张力传感器包括：
第一测压元件，布置于所述第一上穿戴部分与所述下穿戴部分的前部之间；以及
第二测压元件，布置于所述第二上穿戴部分与所述下穿戴部分的后部之间，
其中，所述第一测压元件包括第一连接带并且所述第二测压元件包括第二连接带，并且所述第一测压元件的所述第一连接带连接所述第一上穿戴部分与所述下穿戴部分，并且所述第二测压元件的所述第二连接带连接所述第二上穿戴部分与所述下穿戴部分，
所述第一测压元件被配置为检测拉紧的第一连接带以检测力产生点是脚的顶部，并且所述第二测压元件被配置为检测拉紧的第二连接带以检测力产生点是脚跟。
9.根据权利要求8所述的行走意图检测方法，进一步包括：
由所述控制器将所述张力信息放大成信号；以及
由所述控制器使用所放大的信号检测行走意图，以响应于所检测的行走意图操作所述机器人。
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