CN111278398A - 半监督意图识别系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种外骨骼系统的半监督意图识别的计算机实现的方法。在一个方面，所述方法包括：响应于状态转换意图输入，将所述外骨骼系统从在第一模式下操作改变为在第二模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别状态转换；以及通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的状态转换。

Description

半监督意图识别系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月29日提交的美国临时专利申请号62/551,696的权益，所述美国临时专利申请通过引用以其全文结合在此并用于所有目的。

本申请还涉及于2018年4月13日提交的美国专利申请号15/953,296、并且涉及于2018年2月02日提交的美国专利申请号15/887,866、并且涉及于2017年11月27日提交的美国专利申请号15/823,523、并且涉及于2016年3月28日提交的美国专利申请号15/082,824，这些美国专利申请也通过引用以其全文结合在此并用于所有目的。

附图说明

图1是由用户正在穿戴的外骨骼系统的实施方案的示例图示。

图2是由用户在滑雪时正在穿戴的外骨骼系统的另一实施方案的示例图示。

图3是由用户在滑雪时正在穿戴的外骨骼系统的又一实施方案的示例图示。

图4a和图4b是正穿戴在用户的腿上的外骨骼系统的又另一实施方案的示例图示。

图5是展示了外骨骼系统的实施方案的框图。

图6展示了用于外骨骼系统的示例状态机，所述状态机包括多个系统状态以及所述系统状态之间的转换。

图7是在图6的状态机的背景下展示的全监督意图识别方法的实施例以及具有第一按钮的用户界面。

图8是在图6的状态机的背景下展示的全监督意图识别方法的另一实施例以及具有第一按钮和第二按钮的用户界面。

图9是在图6的状态机的背景下展示的全监督意图识别方法的又一实施例以及具有第一按钮的用户界面。

图10展示了根据一个实施方案的无监督意图识别方法的实施例。

图11展示了半监督意图识别方法的示例实施方案。

图12展示了监督意图识别方法中的示例状态机以及映射到单个转换和状态对的按钮，在所述状态机中，站立状态具有向八个相应状态的八种可能的转换。

图13展示了监督意图识别方法中的示例状态机以及分别映射到单个转换和状态对的四个按钮，在所述状态机中，站立状态具有向八个相应状态的八种可能的转换。

图14展示了具有如图12和图13所示的状态机的半监督意图识别方法的实施例、以及具有用于指示进行状态转换的意图的单个按钮的用户界面。

图15是根据一个实施方案的半监督意图识别方法的框图。

应注意的是，附图不是按比例绘制的，并且出于展示的目的，贯穿这些附图，具有相似结构或功能的元件总体上用类似的附图标记表示。还应注意的是，附图仅旨在帮助对优选实施方案的描述。附图并不展示所描述的实施方案的每个方面并且不限制本公开的范围。

具体实施方式

本申请公开了与用于识别动力外骨骼的用户的意图的新颖系统和方法的设计和实现方式有关的示例实施方案。在各种实施方案中，用于外骨骼设备中的意图识别的方法以其最简单的形式可以允许用户通过手动输入(例如，通过使用按钮)来提供对用户意图的直接指示，而可以设计其他方法来消除对直接交互的依赖以正常操作。本公开描述了在各种实施例中允许用户提供可以在无需使设备从动于用户命令的情况下改善所述设备的意图识别准确性的输入的系统和方法。

本文描述的实施方案提供了对外骨骼中意图识别的可选方法的实质性改善。例如，用于外骨骼设备中的意图识别的一种可选方法是全监督方法，所述方法为用户或设备督导者(例如，物理治疗师)提供了直接指示用户意图行为的期望变化的能力。这些方法可以将设备的状态行为的触发直接与手动输入进行关联，但这需要用户指示各种各样的行为，诸如就座、站立、上下楼梯、行走、跑步等。

为了减少用户直接参与设备行为，已经开发了另一种可选的无监督方法，所述方法使用设备传感器来自动确定用户的意图操纵、而无需操作者进行直接交互。这减轻了用户的负担，并且具有增加设备可以识别的操作模式的数量的潜力，但是却导致了错误意图识别的风险。已经开发了一些使用自动识别与直接识别的结合的方法，但是这些方法仍然面临着相同的挑战。本文描述的各种系统和方法允许操作者直接向设备提供信息，而无需操作者的输入直接操纵外骨骼的操作状态。

本公开教导了用于开发半监督意图识别方法的各种实施方案的方法。这种方法可以允许操作者向设备提供附加信息，设备可以使用所述附加信息来操纵设备的行为。在这些实施方案中，用户可以向机器提供直接输入以增强机器的做决策能力，而无需直接指示要做出的决策。

在一些实施方案中，由用户提供的直接输入不与特定操纵(例如，采取步骤)直接相关。另一实施方案通过按钮源仅向用户提供直接意图指示的单个输入。在这个实施方案中，此按钮与诸如行走、跑步或站立等特定操纵不相关。而是，所述按钮仅指示用户改变行为的期望或意图。在一个实施例中，如果操作者正在行走并且打算转换到站立或跑步，则用户将仅需要按下状态转换意图按钮来提醒设备预先准备潜在的决策。在这样的实施方案中，设备行为没有被用户指示的意图全监督或直接操纵。而是，当用户指定可能会改变意图时，设备可以实现一种对响应于用户行为更为敏感的方法、然后进行相应的响应，诸如帮助用户从行走到跑步或站立或甚至什么都不做的物理转换。

在进一步的实施方案中，可以将由用户提供的直接输入与特定的操纵进行相关，但是仍然不能通过所指示的意图直接操纵设备。实施方案可以包括处于就座姿势的、穿戴有所述设备的用户，其中所述设备具有单个按钮。在这个姿势，即使所述按钮通常用于描述意图行为的变化，但是在这个实施方案中，从就座姿势而言，这个设备唯一有效的行为变化是站起。结果，单次按钮按下可以与单次操纵(诸如从坐到站的转换)直接相关。然而，在这个实施方案中，可以不由用户指示的意图来直接监督设备。结果，所述设备不会立即地或作为对按钮按下的直接反应来改变行为，而是变得对检测由用户发起的从坐到站的转换更加敏感。

外骨骼系统可以各种方式响应操作者的半监督意图。在一个实施方案中，外骨骼设备可以使用来自操作者的意图指示来开始监测设备传感器以寻找行为变化。在另一个实施方案中，所指示的意图可以被用来增加已经在运行的一组无监督意图识别方法的敏感度。这可以通过允许外骨骼设备降低启动意图操纵的变化所需的置信度来完成。在又另一个实施方案中，所指示的意图可以被视为只是另一个传感器输入。然后，所述设备可以将用户指示的意图以及设备传感器提供给传统上无监督的意图识别方法。在使用利用机器学习算法来推断意图变化的适当点的数据驱动意图识别算法的情况下，这可能是理想的。重要的是要注意，先前描述的实施方案是描述性的，但不包括可以利用用户意图的半监督指示的所有潜在的附加实施方案，因此不应解释为限制性的。

在各种实施方案中，用户可以通过各种输入方法向外骨骼设备提供意图的半监督手动指示。当涉及结合半监督输入以形成对用户意图行为的更好估计时，输入方法的来源绝不会限制或限制所公开的系统和方法的应用。一些潜在的输入方法包括但不限于以下方法：附接至设备的物理按钮；独特的按钮按下(例如，双击或长按)；离散手势(例如，挥臂、轻叩脚)；口述命令；移动设备接口；通过另一个传感器输入进行解释的手动输入(例如，通过观察IMU信号推断设备是否爆震)；等等。

为了清楚起见，在外骨骼系统的设计和实现方式的背景下讨论示例实施方案(例如，如图1所示)；然而，本文所描述和示出的系统和方法可以应用于各种磨损的设备，其中所述设备使用板载传感器来实现识别用户的意图行为的目的。这样的特定实施例是鞋类、特别是运动鞋，其中所述设备使用随附的传感器来确定操作者的意图行为，以便可以为用户报告统计信息或调整性能特性。在这些应用中，设计师将面临围绕平衡全监督意图识别器的安全性与无监督选项的可用性的相同问题。如本文档中所公开的半监督方法的应用也可以是在其他动力穿戴设备中平衡这些需求的解决方案。

转到图1，展示了由人类用户101正在穿戴的外骨骼系统100的实施方案的实施例。如这个实施例中所示，外骨骼系统100包括分别耦接至用户的左腿102L和右腿102R的左腿致动器单元110L和右腿致动器单元110R。在这个示例图示中，右腿致动器单元110R的部分被右腿102R遮挡；然而，应当清楚的是，在各种实施方案中，左腿致动器单元110L和右腿致动器单元110R可以基本上彼此镜像。

腿致动器单元110可以包括经由关节125可旋转地耦接的上臂115和下臂120。波纹管致动器130在板140之间延伸，所述板在上臂115和下臂120的相应端处耦接，其中板140耦接至关节125的单独的可旋转部分。多个约束肋状物135从关节125延伸并且环绕波纹管致动器130的一部分，如本文中更详细描述的。一组或多组气动管线145可以耦接至波纹管致动器130，以引入流体和/或从波纹管致动器130移除流体，以使波纹管致动器130如本文所讨论的那样膨胀和收缩。

腿致动器单元110L、110R可以分别围绕用户101的腿102L、102R耦接，其中关节125位于用户101的膝盖103L、103R处，而腿致动器单元110L、110R的上臂115经由一个或多个耦接器150(例如，围绕腿104的带子)围绕用户101的大腿部分104L、104R耦接。腿致动器单元110L、110R的下臂120可以经由一个或多个耦接器150围绕用户101的小腿部分105L、105R耦接。如图1的实施例所示，上臂115可以经由两个耦接器150耦接至腿102的、在膝盖103上方的大腿部分104，而下臂120可以经由两个耦接器150耦接至腿102的、在膝盖103下方的小腿部分105。重要的是要注意，在某些实施方案中可以省略这些部件中的一些，在这些实施方案中讨论了所述部件中的这些。另外，在进一步的实施方案中，本文所讨论的部件中的一个或多个部件可以被可选结构可操作地替换以产生相同的功能。

如本文所讨论的，外骨骼系统100可以被配置用于各种合适的用途。例如，图2和图3展示了用户在滑雪期间正在使用的外骨骼系统100。如图2和图3所示，用户可以穿戴外骨骼系统100以及包括一对滑雪靴210和一对滑雪板220的滑雪组件200。在各种实施方案中，腿致动器单元110的下臂120可以经由耦接器150可移除地耦接至滑雪靴210。这样的实施方案对于将力从腿致动器单元110引导到滑雪组件可能是期望的。例如，如图2和图3所示，在下臂120的远端的耦接器150可以将腿致动器单元110耦接至滑雪靴210，并且在上臂115的远端的耦接器150可以将腿致动器单元110耦接至用户101的大腿104。

腿致动器单元110的上臂115和下臂120可以以各种合适的方式耦接至用户101的腿102。例如，图1展示了沿着腿102的顶部部分104和底部部分105的侧面耦接腿致动器单元110的上臂115和下臂120及关节125的实施例。图4a和图4b展示了外骨骼系统100的另一实施例，其中关节125侧向地且邻近膝盖103布置，并且关节125的旋转轴线K被布置成与膝盖103的旋转轴线重合。上臂115可以从关节125沿着大腿104的侧面延伸到大腿104的前部面。上臂115在大腿104的前部面上的部分可以沿着轴线U延伸。下臂120可以从关节125在关节125的中间位置沿着小腿105的侧面延伸到小腿105的底端处的后部位置，其中一部分沿垂直于轴线K的轴线L延伸。

在各种实施方案中，关节结构125可以约束波纹管致动器130，使得由波纹管致动器130内的致动器流体压力产生的力可以绕瞬时中心(其可以或可以不在空间中固定)定向。在旋转关节(revolute joint)或旋转关节(rotary joint)的某些情况下，或者在身体在曲面上滑动的某些情况下，此瞬时中心可以与关节125或曲面的瞬时旋转中心重合。由腿致动器单元110围绕旋转关节125产生的力可以用于施加围绕瞬时中心的力矩，并且仍然可以用于施加定向力。在棱柱形关节或线性关节(例如，导轨上的滑动件等)的某些情况下，在运动学上可以认为瞬时中心位于无穷远处，在这种情况下，可以认为绕所述无穷远瞬时中心定向的力是沿棱柱形关节的运动轴线引导的力。在各种实施方案中，由机械枢转机构构造旋转关节125可能就足够了。在这样的实施方案中，关节125可以具有可易于限定的固定旋转中心，并且波纹管致动器130可以相对于关节125移动。在进一步实施方案中，关节125包括不具有单个固定旋转中心的复杂连杆可能是有益的。在又另一个实施方案中，关节125可以包括不具有固定关节枢轴的挠曲设计。在仍进一步实施方案中，关节125可以包括诸如人体关节、机器人关节等结构。

在各种实施方案中，可以将腿致动器单元110(例如，包括波纹管致动器130、关节结构125、约束肋状物135等)集成到系统中，以使用腿致动器单元110的所产生的定向力来完成各种任务。在一些实施例中，当腿致动器单元110被配置用于辅助人体或者被包括在动力外骨骼系统100中时，腿致动器单元110可具有一个或多个独特的益处。在示例实施方案中，腿致动器单元110可以被配置用于辅助人类用户围绕用户的膝盖关节103的运动。为此，在一些实施例中，腿致动器单元110的瞬时中心可以被设计成与膝盖的瞬时旋转中心重合或几乎重合(例如，如图4a所示沿着公共轴线K对齐)。在一个示例构造中，腿致动器单元110可如图1、图2、图3和图4a所示地位于膝盖关节103的侧面(相对于前面或后面而言)。在另一示例构造中，腿致动器单元110可以位于膝盖103的后面、在膝盖103的前面、在膝盖103的内部等。在各种实施例中，人体膝盖关节103可以用作腿致动器单元110的关节125(例如，作为其补充或代替其)。

为了清楚起见，本文讨论的示例实施方案不应被视为对本公开中描述的腿致动器单元110的潜在应用的限制。腿致动器单元110可以用于身体的其他关节，包括但不限于肘部、臀部、手指、脊柱或脖子，并且在一些实施方案中，腿致动器单元110可以用于不在人体上的应用中，诸如在机器人学中、用于通用致动等。

一些实施方案可以将如本文描述的腿致动器单元110的构造应用于线性致动应用。在示例实施方案中，波纹管130可以包括两层式不透气/不可伸展构造，并且约束肋状物135的一端可以在预定位置处固定至波纹管130。在各个实施方案中，关节结构125可以被构造为在一对线性导轨上的一系列滑动件，其中每个约束肋状物135的另一端部连接至滑动件。因此，可以沿线性导轨限制并引导流体致动器的运动和力。

图5是外骨骼系统100的示例实施方案的框图，所述外骨骼系统包括可操作地连接至气动系统520的外骨骼设备510。外骨骼设备510包括处理器511、存储器512、一个或多个传感器513、通信单元514以及用户界面515。多个致动器130经由相应的气动管线145可操作地耦接至气动系统520。所述多个致动器130包括位于主体100的右侧和左侧的一对膝盖致动器130L、130R。例如，如以上所讨论的，图5所示的示例外骨骼系统100可以包括在主体101的两侧的左腿致动器单元110L和右腿致动器单元110R，如图1至图3所示。

在各种实施方案中，示例系统100可以被配置用于移动和/或增强穿戴着外骨骼系统110的用户的移动。例如，外骨骼设备510可以向气动系统520提供指令，所述气动系统可以经由气动管线145选择性地使波纹管致动器130膨胀和/或收缩。波纹管致动器130的这种选择性膨胀和/或收缩可以移动一条或两条腿102以产生和/或增强身体运动，诸如行走、跑步、跳跃、攀爬、举重、投掷、蹲下、滑雪等。在进一步实施方案中，气动系统520可以被手动控制、被配置用于施加恒定压力、或以任何其他合适的方式被操作。

在一些实施方案中，这样的移动可以由穿戴着外骨骼系统100的用户101或由另一个人控制和/或规划。在一些实施方案中，外骨骼系统100可以通过用户的移动来控制。例如，外骨骼设备510可以感测到用户正在行走并且正在承载负载，并且可以经由致动器130向用户提供动力辅助，以减少与负载和行走相关联的劳累。类似地，当用户101在滑雪时穿戴有外骨骼系统100时，外骨骼系统100可以感测用户101的(例如，由用户101响应于地形等进行的)移动，并且可以经由致动器130向用户提供动力辅助，以便在用户滑雪时增强辅助或向用户提供辅助。

因此，在各种实施方案中，外骨骼系统130可以在没有直接用户交互的情况下自动做出反应。在进一步实施方案中，可以通过控制器、操纵杆或思想控制来实时地控制移动。另外，一些移动可以被预先规划并且被选择性地触发(例如，向前走、就座、蹲下)，而不是被完全控制。在一些实施方案中，可以通过通用指令(例如，从点A走到点B、从架子A捡起箱子并移动到架子B)来控制移动。

在各种实施方案中，外骨骼设备100可以可操作以执行下面更详细描述的或在通过引用并入本文的相关申请中描述的方法或方法的部分。例如，存储器512可以包括非暂态计算机可读指令，所述非瞬态计算机可读指令在由处理器511执行时可以使外骨骼系统100执行本文描述的或通过引用并入本文的相关申请中描述的方法或方法的部分。通信单元514可以包括硬件和/或软件，所述硬件和/或软件允许外骨骼系统100直接或经由网络与其他设备(包括用户设备、分类服务器、其他外骨骼系统等)通信。

在一些实施方案中，传感器513可以包括任何合适类型的传感器，并且传感器513可以位于中心位置或者可以围绕外骨骼系统100分布。例如，在一些实施方案中，外骨骼系统100可以在各种合适的位置处(包括在臂115和120处、在关节125处、在致动器130处或在任何其他位置处)包括多个加速度计、力传感器、位置传感器、压力传感器等。因此，在一些实施例中，传感器数据可以对应于一个或多个致动器130的物理状态、外骨骼系统100的一部分的物理状态、外骨骼系统100的总体物理状态等。在一些实施方案中，外骨骼系统100可以包括全球定位系统(GPS)、相机、范围感测系统、环境传感器等。

用户界面515可以包括各种合适类型的用户界面，包括物理按钮、触摸屏、智能电话、平板计算机、可穿戴设备等中的一者或多者。例如，在一些实施方案中，外骨骼系统100可以包括嵌入式系统，所述嵌入式系统包括用户界面515，或者外骨骼设备510可以经由有线或无线通信网络(例如，蓝牙、Wi-Fi、互联网等)可操作地连接至单独的设备(例如，智能电话)。

气动系统520可以包括可操作以单独地或成组地使致动器130膨胀和/或收缩的任何合适的设备或系统。例如，在一个实施方案中，气动系统可以包括如在2014年12月19日提交的相关专利申请14/577,817中所公开的隔膜压缩机、和/或如在2016年3月28日提交的美国专利申请号15/083,015(其作为美国专利9,995,321授予)中所描述的提升阀系统。

如本文所讨论的，各种合适的外骨骼系统100可以以各种合适的方式使用并且用于各种合适的应用。然而，这些实施例不应被解释为限制于本公开的范围和精神内的多种外骨骼系统100或其部分。因此，与图1、图2、图3、图4a、图4b和图5的实施例相比更复杂或更简单的外骨骼系统100在本公开的范围内。

另外，尽管各种实施例涉及与用户的腿或下半身相关联的外骨骼系统100，但是进一步实施例可以涉及用户身体的任何合适部位，包括躯干、臂、头部、腿等。而且，尽管各种实施例涉及外骨骼，但是应该清楚的是，本公开可以应用于其他类似类型的技术，包括修复学、身体植入物、机器人等。此外，尽管一些实施例可以涉及人类用户，但是其他实施例可以涉及动物用户、机器人用户、各种形式的机械等。

如本文所讨论的，各种实施方案涉及一种用于诸如外骨骼系统100等可穿戴设备的半监督意图识别的方法。可以将各种实施方案的半监督意图识别方法与全监督意图识别方法和无监督意图识别方法区分开，如下面更详细描述的。

转到图6，展示了用于外骨骼系统100的示例状态机600，所述状态机包括多个系统状态以及所述系统状态之间的转换。更具体地，状态机600被示出为包括就座状态605，外骨骼系统100可以经由就座-站起转换610从所述就座状态转换到站起状态615。外骨骼系统100可以经由站起-站立转换620从站起状态615转换到站立状态625。外骨骼系统100可以经由站立-坐下转换630从站立状态625转换到坐下状态635。外骨骼系统100可以经由坐下-就座转换640从坐下状态635转换为就座状态605。

例如，在用户101正坐在椅子上的情况下，外骨骼系统100可以处于就座状态605，并且当用户101想要站起来时，外骨骼系统100可以经由站起状态615从就座605移动到站立620，这会将用户101从就座位置移动到站立位置。在用户101正站在椅子旁的情况下，外骨骼系统100可以处于站立状态625，并且当用户101想要坐在椅子上时，外骨骼系统100可以经由坐下状态635从站立625移动到就座605，这会将用户101从站立位置移动到就座位置。

而且，如状态机600所示，外骨骼系统100可以经由站立-行走转换645从站立状态625移动到行走状态650。外骨骼系统100可以经由行走-站立转换655从行走状态650移动到站立状态625。例如，在用户101正在站立625的情况下，用户101可以选择行走650并且可以选择停止行走650并返回到站立625。

示例状态机600在本文中仅用于说明的目的，并且不应被解释为限制于在本公开的范围和精神内的用于外骨骼系统200的多种状态机。例如，一些实施方案可以包括仅具有站立状态625和行走状态650的更简单的状态机。进一步实施方案可以包括另外的状态，诸如从行走状态650开始的跑步状态等。

转到图7，在图6的状态机600的背景下展示了全监督意图识别方法700的实施例以及具有A按钮710的用户界面515(参见图5)。在各种实施例的全监督状态机中，用户101向界面515提供直接的手动输入，以指示发起从一个状态到另一状态的单次唯一转换，此时外骨骼系统100被从动以发起该转换。在这个实施例中，该手动输入由A按钮710的按钮按下来表示。示出了映射到从站立状态625到行走状态650的单次转换(即，站立-行走转换645)的A按钮710。如果按钮A被按下并且外骨骼系统100检测到用户101处于安全配置以发起向行走650的转换，则外骨骼系统100将发起从站立状态625到行走状态650的转换645。换言之，在这个实施例中，按钮A仅能触发从站立状态625到行走状态650的站立-行走转换645，而所有其他转换(即610、620、630、640、655)无法经由A按钮710的按钮按下可用。在这个实施例中，这种转换如果成功完成将导致设备穿戴者从站立状态物理地转换到行走状态。

转到图8，在图6的状态机600的背景下展示了全监督意图识别方法800的实施例以及具有第一按钮710和第二按钮720的用户界面515。更具体地，在图7的实施例上扩展以处理在全监督意图识别系统中的多种转换，如以上所讨论的，按钮A映射到从站立状态625到行走状态650的单次转换645。另外，B按钮720被示出为映射到从就座状态605到站起状态615的单次转换(即，就座-站起转换610)。

如本文所讨论的，如果A按钮710被按下并且用户101是安全的，则外骨骼系统100发起从站立625到行走650的转换。如果B按钮720被按下，则外骨骼系统100发起从就座605到站起615的就座-站起转换610，从而使用户101从就座中站起来。然后，从那里，外骨骼系统可以解释用户101是否已经通过设备解释的站起-站立转换620使其从站起状态615完全进入站立状态625，并且如果否，则所述外骨骼系统可以中止就座-站起转换610作为安全措施，并使用户返回到就座。换言之，按下界面515上的B按钮720可以触发从就座状态605到站起状态615的就座-站起转换610，并且然后除非发生错误，否则外骨骼设备100将转换620到站立状态625，在这种情况下，所述设备将返回到就座状态605。

因此，A按钮710仅能触发从站立状态625到行走状态650的站立-行走转换645，并且B按钮720仅能触发从就座状态605到站立状态615的就座-站起转换610，而所有其他转换(即620、630、640、655)无法经由A按钮710或B按钮720的按钮按下可用。

转到图9，在图6的状态机600的背景下展示了全监督意图识别方法900的另一实施例以及具有A按钮710的用户界面515(参见图5)。具体地，图9展示了全监督状态机900的另一变型，其中，A按钮710被映射成使得：如果外骨骼系统100处于站立状态625并且用户101是安全的，则按下A按钮710将使外骨骼系统100发起向行走状态650的站立-行走转换645；并且如果外骨骼系统100处于就座状态605并且用户101是安全的，则外骨骼系统100将发起向站起状态615的就座-站起转换610，此后，外骨骼系统100将解释是否已经成功转换620到站立状态625并相应地进行操作。这个示例按钮配置类似于图8的具有双按钮A 710和B 720的先前实施例，不同之处在于相同按钮710被映射到两个特定的转换610、645而不是相应地映射到一种转换。如此，在这个全监督意图识别方法的实施例中，无论是使用了一个、两个还是多个按钮来指示单次按钮按下，该按钮按下都被映射到一个(并且仅一个)转换。

如以上所讨论的全监督意图识别方法可以与无监督意图识别方法区分开。例如，图10展示了无监督意图识别方法的实施例。更具体地，图10展示了无监督状态机1000，其中，用户101不向外骨骼系统100的意图识别提供直接的手动输入。而是，外骨骼系统100正在连续监测传感器输入并且解释外骨骼系统100当前处于什么状态以及用户101正在试图发起什么转换。一旦基于(例如，来自传感器513的)传感器数据达到了针对从当前检测到的状态的可能转换的阈值，并且用户101被解释为处于正安全配置，则外骨骼系统100随后可以发起所解释的转换。

与图7至图9中讨论的全监督意图识别方法相反，图10所示的转换610、620、630、640、645、655中的每一个都是设备解释的转换，其中，外骨骼系统100确定当前状态(即，就座605、站起615、站立625、坐下635和行走650)，并且确定用户正在试图发起的转换(如果有的话)。因此，图10的示例用户界面515不具有允许用户101发起一个或多个特定转换的按钮或其他元件或机制(但是用户界面515可以具有其他合适的功能)。换言之，图10的无监督方法不允许用户101提供输入以指示进行转换或发起转换的期望，而图7至图9中所讨论的监督意图识别方法确实允许用户101通过用户界面515发起向一些或所有状态的转换。

如本文所讨论的，全监督意图识别方法和无监督意图识别方法可以与半监督意图识别方法区分开，如下面更详细描述的。例如，图11展示了半监督意图识别方法的示例实施方案。具体地，图11展示了半监督状态机1100，其中，用户101向外骨骼系统100的意图识别提供直接的手动输入，所述手动输入指示外骨骼系统100应寻找从当前状态的状态转换，其中，所述当前状态是在用户101进行手动输入时由外骨骼系统100已知或确定的。

可以以各种合适的方式来实现对状态转换的这种增强的观察，诸如通过降低用于解释是否正在发生转换的一个或多个阈值，这可以增加从(例如来自从传感器513接收的传感器数据的)传感器输入观察到转换的机会。

在手动输入(例如，在这个实施例中，按钮X 1130被按下)之后，如果检测到状态转换，则外骨骼系统100继续进行以发起检测到的状态转换。然而，如果未检测到状态转换，则外骨骼系统100不采取任何动作，并且在预定的超时之后，外骨骼系统100停止寻找转换、从而使外骨骼系统100返回到正常的准备状态以用于下一次手动输入。

换言之，在各种实施方案中，外骨骼系统100可以在正常操作状态下监测并响应于用户101的移动，包括识别和发起各种状态转换(例如，如图11的实施例所示的任何可能的状态转换)，其中，对状态转换的识别与一个或多个阈值、标准等的第一集合相关联。响应于来自用户的输入(例如，按下单个按钮X 1130)，外骨骼系统100仍然可以监测并响应于用户101的移动，但是根据的是一个或多个阈值、标准等的第二集合，因此与在第一集合下的正常操作相比，识别状态转换更加容易进行。

更具体地，对于某些传感器数据集，当外骨骼系统100正在第一集合下操作时，给定的状态转换将不被识别为存在，而是在一个或多个阈值、标准等的第二集合下被识别为存在。因此，在各种实施方案中，通过用户101提供给定的输入(例如，按下单个按钮X1130)，外骨骼系统100可以变得对识别状态转换更加敏感。

在各种实施方案中，对于由用户101发起的状态转换的敏感度可以基于在给定用户101和外骨骼系统100当前所处的状态的情况下可能的状态转换。因此，在各种实施方案中，在(例如，经由用户101按下X按钮1130)接收到对进行状态改变的意图的指示之后，可以确定用户101和外骨骼系统100当前处于什么状态，并且可以基于所确定的当前状态来调整对用户101的潜在状态改变的敏感度。

例如，参考图11，在确定用户处于就座状态605的情况下，可以将对识别到向站起状态615的转换的敏感度调整为更加敏感，而可以将不能从就座状态直接到达的其他状态(例如，行走状态650或坐下状态635)排除为可以被检测或识别的潜在状态。另外，在可以从给定状态发生多个状态转换的情况下，可以针对这些多个潜在状态转换调整敏感度。例如，参考图11，在确定用户处于站立状态625的情况下，可以将对识别到向坐下状态635或行走状态650的转换的敏感度调整为更加敏感，而可以将不能从就座状态直接到达的其他状态(例如，站起状态615)排除为可以被检测或识别的潜在状态。

使外骨骼系统100响应于来自用户101的输入而对状态转换变得更加敏感可能是期望的，以便改善穿戴着外骨骼系统100的用户的体验。例如，在正常操作期间，用于识别并响应于状态转换的阈值可以很高，以防止对状态转换的误报，同时还允许外骨骼系统100在发生状态转换的情况下在必要时做出响应。

然而，在用户打算发起状态转换(例如，从就座移动到站立位置；从站立位置移动到就座位置；从站立位置移动到行走等)的情况下，用户101可以提供输入以指示发起状态转换的意图，并且在预期用户101进行意图的状态转换时，外骨骼系统100可以变得对状态转换更加敏感。这种提高的敏感度可能是期望的，以便防止漏报或无法识别用户101正在发起的状态转换。

而且，为用户101提供单个输入以指示进行状态转换的意图可能是期望的，因为与具有被映射到不同特定状态转换的多个按钮的全监督系统或者其中单个按钮被映射到少于所有状态转换的系统(例如，如图7至图9所示)相比，这使得这样的外骨骼系统100的操作更加简单并且对用户更加友好。与无监督方法相比，为用户101提供单个输入以指示进行状态转换的意图可能是希望的，因为通过基于用户进行状态转换的意图或期望提供对状态转换的可变的敏感度来为用户101提供指示进行状态转换的意图的能力有助于防止对状态转换的误报和漏报，这可以与发生状态转换的增加的可能性相关联。

为了进一步说明图7至图9的全监督意图识别方法与图11的半监督方法之间的差异，将重点放在其中用户具有用于从给定状态进行状态转换的多个选项的实施例可能是有用的。例如，如图11的状态图1100所示，处于站立状态625的用户具有经由坐下操纵状态635转换到就座状态605的选项、或者转换到行走状态650的选项。如图11的实施例所示，在用户101按下按钮1130的情况下，用户101具有发起站立-坐下转换630或站立-行走转换645的选项，并且外骨骼系统100可以变得对两个潜在转换630、645更加敏感、并且可以对用户101发起任何一个潜在转换630、645进行响应。

相反，如图7至图9的实施例所示，在A按钮710被按下的情况下，用户101将被迫进入站立-行走转换645、或者至少将不具有站立-坐下转换630的选项，其中站立-坐下转换630是不可用的动作。因此，尽管全监督方法可以限制用户101的移动的选项，但是半监督方法(例如，如图11所示)可以允许用户指示进行状态转换的意图，而无需明确地或隐含地指定一个或多个特定状态转换。换言之，全监督方法可以限制用户101的移动的选项，而各个实施方案的半监督方法不限制用户101的移动的选项、并且允许外骨骼系统100在没有限制的情况下适应于用户101的移动。

在检查其中一个状态具有大量的可能状态转换的状态机时，也可以说明全监督意图识别与半监督意图识别之间的差异。例如，图12展示了在全监督意图识别方法1201中的示例状态机1200，其中，站立状态625具有向八个不同系统状态635、650、1210、1220、1230、1240、1250、1260的八种可能的转换630、645、1205、1215、1225、1235、1245、1255。

更具体地，外骨骼系统100的用户101具有从站立状态625进行以下转换的选项：经由站立-坐下转换630转换到坐下状态635；经由站立-行走转换645转换到行走状态650；经由站立-跳跃转换1205转换到跳跃状态1210；经由站立-前冲转换1215转换到前冲状态1220；经由站立-蹲下转换1225转换到蹲下状态1230；经由站立-下俯转换1235转换到下俯状态1240；经由站立-短跑转换1245转换到短跑状态1250；以及经由站立-慢跑转换1255转换到慢跑状态1260。

如图12的实施例所示，用户界面515可以具有映射到站立-坐下转换630的A按钮710。在这个实施例中，当A按钮710被按下时，外骨骼系统100可以经由站立-坐下转换630发起向就座状态635的转换，而其他状态和转换在A按钮被按下时不可用。

在类似的实施例中，图13展示了监督意图识别方法1300中的状态机1200以及分别映射到单个转换和状态对的四个按钮710、720、740、750，在所述状态机中，站立状态625具有向八个相应状态的八种可能的转换。更具体地，A按钮710被映射到站立-坐下转换630；B按钮720被映射到站立-跳跃转换1205；C按钮740被映射到站立-前冲转换1215；并且D按钮750被映射到站立-蹲下转换1225。

类似于图12的实施例，图13的方法1300展示了按钮710、720、740、750中的每一个在被按下时触发给定按钮所映射的状态转换、同时使其他转换和状态不可用。在这个实施例中，其他状态转换仅在从原始状态按下它们各自的相关联按钮时可用。尽管图13的实施例仅展示了映射到四个相应的状态和转换对的四个按钮，但是在进一步实施方案中，每个状态都可以映射到相应的按钮。换言之，在进一步实施方案中，对于图12和图13的示例状态机1200，这八个状态-转换对中的每一个都可以映射到相应的按钮。因此，在用户101想要从站立状态625转换到另一状态的情况下，用户101必须按下与给定状态或状态转换相关联的特定按钮以发起向期望状态的转换。

相反，图14展示了具有如图12和图13所示的状态机1200的半监督意图识别方法1400的实施例、以及具有用于指示进行状态转换的意图的单个按钮730的用户界面515。如图14所示，用户101可以处于站立状态625并且可以按下X按钮730以指示进行状态转换的意图或期望，并且外骨骼系统100可以变得对识别状态转换更加敏感，从而允许外骨骼系统100基于是否从用户的行为中检测到状态转换来发起图14的实施例所示的八种可能状态转换中的任何一种，或者可选地，如果未检测任何状态转换则选择不发起状态转换。

换言之，在图14的半监督意图识别方法1400中，因为手动输入(X按钮730)仅指示外骨骼系统100变得对检测从当前状态的任何可能的转换变得更加敏感(例如，通过降低对可能行为的转换阈值)，所以所有可能的状态转换仍然是可能的。

而且，也不可能进行转换，并且不强迫或要求用户101进行状态转换。然而，在图13的全监督实施例中，如果B按钮720被按下并且当前站立配置状态625被认为对于用户101进行转换是安全的，则外骨骼系统100将发起站立到跳跃转换1205。而在图14的实施例中，如果X按钮730被按下并且用户101没有做出指示应该发生、将要发生、或正在发生转换的任何事，则将不会发生转换。

另外，尽管讨论了具有单个按钮(例如，X按钮730)的半监督意图识别方法的各种实施方案，但是应当清楚的是，各种实施方案可以包括单个输入类型、并且具有对于所述单个输入类型的一种或多种输入方法。例如，在一些实施方案中，外骨骼系统100可以包括分别布置在外骨骼系统100的左致动器单元110A和右致动器单元110B上的第一和第二X按钮730，并且用户101可以按下按钮730中的任何一个以使外骨骼系统100对识别状态转换更加敏感或灵敏(responsive)。而且，在一些实施方案中，单个输入类型可以与多种输入方法相关联。例如，用户101可以按下X按钮730、可以敲击外骨骼系统100的主体、或者提供语音命令以使外骨骼系统100对识别状态转换更加敏感或灵敏。

数学上描述全监督方法与半监督方法之间的差异的一种方法是检查从给定起始状态可能发生的状态转换的概率。在用于各种状态机(例如，图6的状态机600)的全监督方法中，从站立625转换到行走650的概率可以等于N(即，P(行走/站立)＝N)。于是，从站立625转换到站立625的概率为1-N(即，P(站立/站立)＝1-N)，在这种情况下，外骨骼系统100(例如由于安全特征)不会允许站立-行走转换发生。从站立625转换到坐下635的概率等于0(即，P(坐下/站立)＝0)，因为在各种全监督方法中，手动输入仅能映射从单个起始状态的单个期望转换。

在用于此类相同状态机(例如，图6的状态机600)的半监督方法中，从站立625转换到行走650的概率可以等于A(即，P(行走/站立)＝A)。从站立625转换到站立625的概率为B(即，P(站立/站立)＝B)。从站立625转换到坐下635的概率为1-A-B(即，P(坐下/站立)＝1-A-B)。这可能是因为在半监督意图识别方法的某些实施方案中，外骨骼系统100用于解释从给定起始状态的期望状态转换，从而允许外骨骼系统100在坐下635、行走650或剩余的站立625之间进行决定。

转到图15，展示了根据一个实施方案的半监督意图识别方法1500，所述方法在各种实施例中可以由外骨骼系统100的外骨骼设备510(参见图5)来实现。方法1500开始于1505，在此处，外骨骼系统100在具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第一模式下操作。在1510处，判定是否识别到状态转换，并且如果是，则外骨骼设备在1515处促进所识别的状态转换，并且方法1500循环回到1505，在此处，外骨骼系统100在具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第一模式下操作。然而，如果在1510处未识别到状态转换，则在1520处判定是否接收到状态转换意图输入，并且如果否，则方法1500循环回到1505，在此处，外骨骼系统100在具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第一模式下操作。

例如，外骨骼100可以在正常敏感度模式(例如，第一模式)下操作，并且可以识别用户101正在发起或进行的一种或多种状态转换，并且可以根据需要相应地采取行动以通过这样识别到的一种或多种状态转换来支持用户。而且，外骨骼系统100可以监测或等待要接收的状态转换意图输入，如本文所讨论的，可以以各种合适的方式来接收所述输入，诸如经由按下用户界面515上的按钮、经由触觉输入、经由音频输入等。

在各种实施方案中，外骨骼系统100可以在给定的操作会话期间、在没有接收到状态转换意图输入的情况下通过一些或所有可用状态来操作用户101并使所述用户进行转换。例如，外骨骼系统100可以在没有接收到状态转换意图输入的情况下被上电、在各种位置状态下操作、并且然后被断电。换言之，在各种实施方案中，外骨骼系统100可以具有全功能性、并且具有在任何时候没有接收到状态转换意图输入的情况下经历所有可用的位置状态和转换的能力。

返回到方法1500，如果在1520处接收到状态转换意图输入，则方法1500继续到1525，在此处，外骨骼系统100在具有处于第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第二模式下操作。在1530处，判定是否识别到状态转换，并且如果是，则在1535处外骨骼系统100处促进所识别的状态转换，并且方法1500循环回到1525，在此处，外骨骼系统100在具有处于第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第二模式下操作。

然而，如果在1530处未识别到状态转换，则方法1500继续到1540，在此处，判定是否已经发生第二模式超时。如果否，则方法1500循环回到1525，在此处，外骨骼系统100在具有处于第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第二模式下操作。然而，如果确定第二模式超时，则方法1500循环回到1505，在此处，外骨骼系统100在具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度的第一模式下操作。

例如，在外骨骼系统100接收到状态转换意图输入的情况下，外骨骼系统100可以从在第一模式下以第一敏感度水平检测状态转换到在第二模式下以第二敏感度水平检测状态转换，其中第一感度水平和第二敏感度水平不同。外骨骼系统100可以监测状态转换并且可以促进所识别的一种或多种状态转换，直到发生在第二模式下操作的超时为止。然而，在发生第二模式的超时发生之前，不必在第二模式下操作的同时识别和/或促进状态转换。

如本文所讨论的，在各种实施例中，与第一模式的第一敏感度水平相比，第二模式的第二敏感度水平对于检测或识别状态转换可以更敏感。可以以各种合适的方式来实现第二敏感度水平的更高敏感度，包括：降低与识别一种或多种状态转换相关联的一个或多个阈值；去除或修改用于识别一种或多种状态转换的标准等。然而，在各种实施方案中，不需要改变、去除或修改阈值的子集和/或一组标准中的标准。而且，在一些实施方案中，如果第二敏感度水平与第一敏感度水平之间的差异的整体效果导致第二敏感度水平的更大整体敏感度，则可以增加一个或多个阈值。在进一步实施方案中，第一模式和第二模式可以以任何合适的方式不同，使得对于某些传感器数据集，给定的状态转换在外骨骼系统100正在第一模式下操作时将不被识别为存在，而是在外骨骼系统100正在第二模式下操作时被识别为存在。

可以以各种合适的方式产生或实现第二模式超时。在一些实施方案中，第二模式超时可以包括与给定的第二模式会话已经活动的时间(例如，从发生从第一模式到第二模式的切换开始的时间量)相对应的定时器，并且第二模式超时可以在所述定时器达到或超过定义的超时阈值时发生。例如，超时阈值可以是数秒、数分钟等，包括1秒、5秒、10秒、20秒、30秒、45秒、60秒、90秒、2分钟、3分钟、5分钟等。

这样的超时阈值可以是静态的或可变的。在一些实施方案中，第二模式会话可以持续定义的时间量。在其他实施方案中，第二模式会话在默认情况下可以持续定义的时间量，但是可以基于任何适当的标准、条件、传感器数据等被延长或缩短。例如，在一些实施方案中，第二模式会话可以在识别到状态转换和/或促进了所识别的状态转换之后结束。

意图识别方法可以用于各种合适的应用。一个示例实施方案包括用于下肢外骨骼系统100的意图识别方法，以帮助老年人的社区活动。外骨骼系统100可以被设计成辅助就座位置与站立位置、上楼梯与下楼梯之间的转换，并且在行走操纵期间提供辅助。在这个实施例中，以敲击或轻击外骨骼系统100的外部两次的形式为用户提供对外骨骼系统100的单个输入。可以通过监测外骨骼系统100的集成加速度计或其他传感器513来感知用户101的这种手动交互。外骨骼系统100可以将来自用户101的输入解释为即将发生行为变化的指示。外骨骼系统100可以利用无监督意图识别方法，所述方法监测设备传感器513以观察用户行为的变化从而识别意图；然而，可以将特定方法调整为非常保守，以避免出现错误的意图指示。当从用户101指示出意图时，可以降低所述方法所需的置信度阈值，从而允许外骨骼系统100更加敏感并且愿意响应于其解释为触发运动的运动。

在这样的实施例中，受试者可能已经从就座位置戴上了外骨骼系统100，并且向设备的唯一可用状态转换是然后站起来。当用户101轻击外骨骼系统100两次时，外骨骼系统100可以在固定的时间段内放宽针对站起行为的阈值要求，出于这个实施例的目的，所述阈值可以被设置为5秒。如果用户101不试图发起站起行为，则意图指示将简单地超时并且返回保守阈值。如果用户101确实试图发起站起行为，则外骨骼系统100将看到所述运动并相应地利用辅助进行响应。一旦处于站立位置，用户101就可以进行各种动作，包括行走、转换到坐下、上楼梯或下楼梯。在这种情况下，用户101可以决定不轻击机器并开始行走。在这一点上，设备仍然可以对行为进行响应，但是所述设备可能需要更有把握地识别目标行为。

在停止行走之后，用户101意图上楼梯。用户101轻击设备两次以指示意图行为即将发生变化，并且然后开始完成所述运动。在此，用户所指示的意图没有为外骨骼系统100指定用户101意图转换到什么行为，而仅指定在不久的将来可能发生的转换。外骨骼系统100观察到用户101正在站立，并且通过使用更敏感的转换阈值，外骨骼系统100允许发生行为模式的转换。

可以根据以下条款来描述本公开的实施方案：

1.一种被配置用于执行半监督意图识别控制程序的可穿戴气动外骨骼系统，所述外骨骼系统包括：

左和右气动腿致动器单元，其被配置用于分别与穿戴所述外骨骼系统的用户的左腿和右腿相关联、并且被配置用于采取多个物理状态并在所述多个物理状态之间转换，所述多个物理状态至少包括站立状态、就座状态和行走状态，所述左和右气动致动器单元各自包括：

可旋转关节，其被配置用于与穿戴所述外骨骼系统的所述用户的所述膝盖的旋转轴线对齐，

上臂，其耦接至所述可旋转关节并沿在穿戴所述外骨骼系统的所述用户的所述膝盖上方的大腿部分的长度延伸，

下臂，其耦接至所述可旋转关节并沿在穿戴所述外骨骼系统的所述用户的所述膝盖下方的小腿部分的长度延伸，

可膨胀波纹管致动器，其被配置用于当通过将气动流体引入到波纹管腔中而使所述波纹管致动器气动膨胀时，通过所述波纹管致动器沿着所述波纹管致动器的长度延伸来致动所述上臂和所述下臂；

气动系统，其被配置用于将气动流体引入所述气动腿致动器单元的波纹管致动器以独立地致动所述波纹管致动器，以及

外骨骼计算设备，其包括：

多个传感器；

用户输入端，其具有状态转换意图输入按钮；

存储器，其至少存储半监督意图识别控制程序；以及

处理器，其执行所述半监督意图识别控制程序以至少部分地基于由所述外骨骼计算设备获得的数据来控制所述气动系统，所述数据包括从所述多个传感器获得的传感器数据；

其中，执行所述半监督意图识别控制程序使所述外骨骼系统：

在第一模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对识别所述外骨骼系统的状态转换的敏感度；

当在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平时识别第一状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的第一状态转换；

接收通过用户按下所述状态转换意图输入按钮而输入的状态转换意图，并且作为响应，改变所述外骨骼系统以在第二模式下操作，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；

当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别第二状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的第二状态转换；并且

响应于第二模式超时，切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平。

2.根据条款1所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，以所述第二敏感度水平识别所述第二状态转换至少部分地基于从所述外骨骼计算设备的所述多个传感器中的至少一些传感器获得的一组传感器数据，并且其中，所述一组传感器数据以所述第二敏感度水平识别所述第二状态转换，但是由于与所述第二敏感度水平相比所述第一敏感度水平较不敏感，所以不会以所述第一模式的所述第一敏感度水平识别所述第二状态转换。

3.根据条款1或2所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，执行所述半监督意图识别控制程序进一步使所述外骨骼系统：

在切换回在所述第一模式下操作之后接收第二状态转换意图输入，并且作为响应，改变所述外骨骼系统以在所述第二模式下操作，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的所述第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；并且

响应于进一步的第二模式超时而再次切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平，当在接收到所述第二状态转换意图输入之后在所述第二模式下操作时，在没有识别出状态转换或没有通过所述外骨骼系统促进状态转换的情况下发生所述再次切换回在所述第一模式下操作。

4.根据条款1至3中任一项所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别所述第二状态转换包括：

确定所述外骨骼处于站立状态，其中所述外骨骼具有当在所述第二模式下操作时并且在接收到所述状态转换意图输入之后从所述站立状态转换到坐下状态或行走状态中的任一者的选项；

监测状态转换包括监测向所述坐下状态或行走状态中的任一者的状态转换；以及

使用所述第二敏感度水平来识别所述第二状态转换，所述第二状态转换是向所述坐下状态或行走状态之一的状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进向所述坐下状态或行走状态的所述之一的转换。

5.根据条款1至4中任一项所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，接收到状态转换意图输入不会由所述外骨骼系统触发状态转换，并且其中，接收到状态转换意图输入不会限制所述外骨骼系统的可行的物理状态转换选项。

6.一种被配置用于执行半监督意图识别控制程序的外骨骼系统，所述外骨骼系统包括致动器单元，所述致动器单元包括：

关节，其被配置用于与穿戴腿致动器单元的用户的腿的膝盖对齐；

上臂，其耦接至所述关节并沿在穿戴所述腿致动器单元的所述用户的所述膝盖上方的大腿部分的长度延伸；

下臂，其耦接至所述关节并沿在穿戴所述腿致动器单元的所述用户的所述膝盖下方的小腿部分的长度延伸；以及

致动器，其被配置用于致动所述上臂和所述下臂并将所述腿致动器单元移动到多个不同的位置状态，并且

其中，执行所述半监督意图识别控制程序使所述外骨骼系统：

接收状态转换意图输入，并且作为响应，将所述外骨骼系统从在第一模式下操作改变为在第二模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；以及

当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的状态转换。

7.根据条款6所述的外骨骼系统，其中，执行所述半监督意图识别控制程序进一步使所述外骨骼系统响应于第二模式超时而切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平来识别状态转换。

8.根据条款6或7所述的外骨骼系统，其中，以所述第二敏感度水平识别所述状态转换至少部分地基于从所述外骨骼系统的一个或多个传感器获得的一组传感器数据，并且其中，所述一组传感器数据以所述第二敏感度水平识别所述状态转换，但是不会以所述第一模式的所述第一敏感度水平识别所述状态转换。

9.根据条款6至8中任一项所述的外骨骼系统，其中，当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别所述状态转换包括：

确定所述外骨骼系统处于站立状态，并且所述外骨骼系统具有当在所述第二模式下操作时并且在接收到所述状态转换意图输入之后从所述站立状态转换到坐下状态或行走状态中的任一者的选项；

监测状态转换包括监测向所述坐下状态或行走状态中的任一者的状态转换；以及

使用所述第二敏感度水平来识别所述状态转换，所述状态转换是向所述坐下状态或行走状态之一的状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进向所述坐下状态或行走状态的所述之一的转换。

10.根据条款6至9中任一项所述的外骨骼系统，其中，接收到状态转换意图输入不会由所述外骨骼系统触发状态转换，并且其中，接收到状态转换意图输入不会限制所述外骨骼系统的状态转换选项。

11.一种外骨骼系统的半监督意图识别的计算机实现的方法，所述方法包括：

响应于状态转换意图输入，将所述外骨骼系统从在第一模式下操作改变为在第二模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；

当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别状态转换；以及

通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的状态转换。

12.根据条款11所述的计算机实现的方法，其进一步包括：响应于第二模式超时，切换到在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平。

13.根据条款11或12所述的计算机实现的方法，其中，以所述第二敏感度水平识别所述状态转换至少部分地基于传感器数据，所述传感器数据以所述第二敏感度水平识别所述状态转换，但是不会以所述第一模式的所述第一敏感度水平识别所述状态转换。

14.根据条款11至13中任一项所述的计算机实现的方法，其中，当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别所述状态转换包括：

确定所述外骨骼系统处于第一物理状态，并且所述外骨骼系统具有当在所述第二模式下操作时并且在接收到所述状态转换意图输入之后从第一物理状态转换到多个物理状态的选项；以及

使用所述第二敏感度水平来识别所述状态转换，所述状态转换是向所述多个物理状态之一的状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进向所述多个物理状态的所述之一的转换。

15.根据条款14所述的计算机实现的方法，其中，所述第一物理状态是站立状态，其中，多个可用物理状态转换之一是转换为坐下状态，并且其中，所述多个物理状态转换中的另一个是转换为行走状态。

16.根据条款11至15中任一项所述的计算机实现的方法，其中，接收到状态转换意图输入不会由所述外骨骼系统触发状态转换。

17.根据条款11至16中任一项所述的计算机实现的方法，其中，接收到状态转换意图输入不会限制所述外骨骼系统的状态转换选项。

18.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其进一步包括：

使所述外骨骼系统在所述第一模式下操作，所述第一模式具有处于所述第一敏感度水平的、对识别所述外骨骼系统的状态转换的敏感度；以及

当在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平时识别第二状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的第二状态转换。

19.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其进一步包括：在从所述第二模式切换回在所述第一模式下操作之后，接收第二状态转换意图输入，

响应于所述第二状态转换意图输入，改变所述外骨骼系统以在第二模式下操作，所述第二模式具有处于所述第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；以及

响应于进一步的第二模式超时而再次切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平，当在接收到所述第二状态转换意图输入之后在所述第二模式下操作时，在没有识别出状态转换或没有通过所述外骨骼系统促进状态转换的情况下发生所述再次切换回在所述第一模式下操作。

所描述的实施方案易于经历各种修改和替代形式，并且其具体实施例已经通过在附图中进行举例来示出并且在此详细地描述。然而，应当理解，所描述的实施方案并不旨在限制于所公开的具体形式或方法，而相反地，本公开旨在覆盖所有的修改、等效方案和替换方案。

Claims (19)

1.一种被配置用于执行半监督意图识别控制程序的可穿戴气动外骨骼系统，所述外骨骼系统包括：

左和右气动腿致动器单元，其被配置用于分别与穿戴所述外骨骼系统的用户的左腿和右腿相关联，并且被配置用于采取多个物理状态并在所述多个物理状态之间转换，所述多个物理状态至少包括站立状态、就座状态和行走状态，所述左和右气动致动器单元各自包括：

可旋转关节，其被配置用于与穿戴所述外骨骼系统的所述用户的所述膝盖的旋转轴线对齐，

上臂，其耦接至所述可旋转关节并沿在穿戴所述外骨骼系统的所述用户的所述膝盖上方的大腿部分的长度延伸，

下臂，其耦接至所述可旋转关节并沿在穿戴所述外骨骼系统的所述用户的所述膝盖下方的小腿部分的长度延伸，

可膨胀波纹管致动器，其被配置用于当通过将气动流体引入到波纹管腔中而使所述波纹管致动器气动膨胀时，通过所述波纹管致动器沿着所述波纹管致动器的长度延伸来致动所述上臂和所述下臂；

气动系统，其被配置用于将气动流体引入所述气动腿致动器单元的波纹管致动器以独立地致动所述波纹管致动器，以及

外骨骼计算设备，其包括：

多个传感器；

用户输入端，其具有状态转换意图输入按钮；

存储器，其至少存储半监督意图识别控制程序；以及

处理器，其执行所述半监督意图识别控制程序以至少部分地基于由所述外骨骼计算设备获得的数据来控制所述气动系统，所述数据包括从所述多个传感器获得的传感器数据；

其中，执行所述半监督意图识别控制程序使所述外骨骼系统：

在第一模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对识别所述外骨骼系统的状态转换的敏感度；

当在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平时识别第一状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的第一状态转换；

接收通过用户按下所述状态转换意图输入按钮而输入的状态转换意图，并且作为响应，改变所述外骨骼系统以在第二模式下操作，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；

当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别第二状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的第二状态转换；并且

响应于第二模式超时，切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平。

2.根据权利要求1所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，以所述第二敏感度水平识别所述第二状态转换至少部分地基于从所述外骨骼计算设备的所述多个传感器中的至少一些传感器获得的一组传感器数据，并且其中，所述一组传感器数据以所述第二敏感度水平识别所述第二状态转换，但是由于与所述第二敏感度水平相比所述第一敏感度水平较不敏感，所以不会以所述第一模式的所述第一敏感度水平识别所述第二状态转换。

3.根据权利要求1所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，执行所述半监督意图识别控制程序进一步使所述外骨骼系统：

在切换回在所述第一模式下操作之后接收第二状态转换意图输入，并且作为响应，改变所述外骨骼系统以在所述第二模式下操作，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的所述第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；并且

响应于进一步的第二模式超时而再次切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平，当在接收到所述第二状态转换意图输入之后在所述第二模式下操作时，在没有识别出状态转换或没有通过所述外骨骼系统促进状态转换的情况下发生所述再次切换回在所述第一模式下操作。

4.根据权利要求1所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别所述第二状态转换包括：

确定所述外骨骼处于站立状态，其中所述外骨骼具有当在所述第二模式下操作时并且在接收到所述状态转换意图输入之后从所述站立状态转换到坐下状态或行走状态中的任一者的选项；

监测状态转换包括监测向所述坐下状态或行走状态中的任一者的状态转换；以及

使用所述第二敏感度水平来识别所述第二状态转换，所述第二状态转换是向所述坐下状态或行走状态之一的状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进向所述坐下状态或行走状态的所述之一的转换。

5.根据权利要求1所述的可穿戴气动外骨骼系统，其中，接收到状态转换意图输入不会由所述外骨骼系统触发状态转换，并且其中，接收到状态转换意图输入不会限制所述外骨骼系统的可行的物理状态转换选项。

6.一种被配置用于执行半监督意图识别控制程序的外骨骼系统，所述外骨骼系统包括致动器单元，所述致动器单元包括：

关节，其被配置用于与穿戴腿致动器单元的用户的腿的膝盖对齐；

上臂，其耦接至所述关节并沿在穿戴所述腿致动器单元的所述用户的所述膝盖上方的大腿部分的长度延伸；

下臂，其耦接至所述关节并沿在穿戴所述腿致动器单元的所述用户的所述膝盖下方的小腿部分的长度延伸；以及

致动器，其被配置用于致动所述上臂和所述下臂并将所述腿致动器单元移动到多个不同的位置状态，并且

其中，执行所述半监督意图识别控制程序使所述外骨骼系统：

接收状态转换意图输入，并且作为响应，将所述外骨骼系统从在第一模式下操作改变为在第二模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；并且

当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的状态转换。

7.根据权利要求6所述的外骨骼系统，其中，执行所述半监督意图识别控制程序进一步使所述外骨骼系统响应于第二模式超时而切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平来识别状态转换。

8.根据权利要求6所述的外骨骼系统，其中，以所述第二敏感度水平识别所述状态转换至少部分地基于从所述外骨骼系统的一个或多个传感器获得的一组传感器数据，并且其中，所述一组传感器数据以所述第二敏感度水平识别所述状态转换，但是不会以所述第一模式的所述第一敏感度水平识别所述状态转换。

9.根据权利要求6所述的外骨骼系统，其中，当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别所述状态转换包括：

确定所述外骨骼系统处于站立状态，其中所述外骨骼系统具有当在所述第二模式下操作时并且在接收到所述状态转换意图输入之后从所述站立状态转换到坐下状态或行走状态中的任一者的选项；

监测状态转换包括监测向所述坐下状态或行走状态中的任一者的状态转换；以及

使用所述第二敏感度水平来识别所述状态转换，所述状态转换是向所述坐下状态或行走状态之一的状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进向所述坐下状态或行走状态的所述之一的转换。

10.根据权利要求6所述的外骨骼系统，其中，接收到状态转换意图输入不会由所述外骨骼系统触发状态转换，并且其中，接收到状态转换意图输入不会限制所述外骨骼系统的状态转换选项。

11.一种外骨骼系统的半监督意图识别的计算机实现的方法，所述方法包括：

响应于状态转换意图输入，将所述外骨骼系统从在第一模式下操作改变为在第二模式下操作，所述第一模式具有处于第一敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度，所述第二模式具有处于比所述第一敏感度水平更敏感的第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；

当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别状态转换；以及

通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的状态转换。

12.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其进一步包括：响应于第二模式超时，切换到在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平。

13.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其中，以所述第二敏感度水平识别所述状态转换至少部分地基于传感器数据，所述传感器数据以所述第二敏感度水平识别所述状态转换，但是不会以所述第一模式的所述第一敏感度水平识别所述状态转换。

14.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其中，当在所述第二模式下操作并使用所述第二敏感度水平时识别所述状态转换包括：

确定所述外骨骼系统处于第一物理状态，其中所述外骨骼系统具有当在所述第二模式下操作时并且在接收到所述状态转换意图输入之后从第一物理状态转换到多个物理状态的选项；以及

使用所述第二敏感度水平来识别所述状态转换，所述状态转换是向所述多个物理状态之一的状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进向所述多个物理状态的所述之一的转换。

15.根据权利要求14所述的计算机实现的方法，其中，所述第一物理状态是站立状态，其中，多个可用物理状态转换之一是转换为坐下状态，并且其中，所述多个物理状态转换中的另一个是转换为行走状态。

16.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其中，接收到状态转换意图输入不会由所述外骨骼系统触发状态转换。

17.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其中，接收到状态转换意图输入不会限制所述外骨骼系统的状态转换选项。

18.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其进一步包括：

使所述外骨骼系统在所述第一模式下操作，所述第一模式具有处于所述第一敏感度水平的、对识别所述外骨骼系统的状态转换的敏感度；以及

当在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平时识别第二状态转换，并且作为响应，通过致动所述外骨骼系统来促进所识别的第二状态转换。

19.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其进一步包括：

在从所述第二模式切换回在所述第一模式下操作之后，接收第二状态转换意图输入，

响应于所述第二状态转换意图输入，改变所述外骨骼系统以在第二模式下操作，所述第二模式具有处于所述第二敏感度水平的、对检测状态转换的敏感度；以及

响应于进一步的第二模式超时而再次切换回在所述第一模式下操作并使用所述第一敏感度水平，当在接收到所述第二状态转换意图输入之后在所述第二模式下操作时，在没有识别出状态转换或没有通过所述外骨骼系统促进状态转换的情况下发生所述再次切换回在所述第一模式下操作。

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