CN112621715A - 一种基于语音输入上肢外骨骼控制方法及控制装置 - Google Patents
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- CN112621715A CN112621715A CN202011422841.3A CN202011422841A CN112621715A CN 112621715 A CN112621715 A CN 112621715A CN 202011422841 A CN202011422841 A CN 202011422841A CN 112621715 A CN112621715 A CN 112621715A
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Abstract
本申请提供一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法及控制装置，应用于通过获取由穿戴者上肢以外部位产生的交互信号，进行对上肢外骨骼的控制，方法包括：获取第一交互信号，并依据第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；获取装配有上肢外骨骼的手臂的当前位置，以及用于对上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据第一工作模式、当前位置、动态参数和用于对上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定第一期望力矩轨迹；依据第一期望力矩轨迹控制上肢外骨骼执行第一工作模式对应的动作。本申请采用上肢以外部位对上肢外骨骼进行控制，不会对依靠上肢进行的工作造成影响，同时简化了控制复杂程度，便于穿戴者快速上手进行上肢外骨骼的使用。
Description
技术领域
本申请涉及工业上肢助力外骨骼领域，特别是一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法及控制装置。
背景技术
在工业场景中，对于长期需要进行抬手作业的工作人群(如建筑工人，外卖配送人员，快递分拣人员，汽车、飞机、船舶的装配人员等)和其他有抬手辅助需求的人群(如手臂运动康复病人等)，各大研究机构和公司，设计了各种相关外骨骼设备，通过穿戴外骨骼设备的方式，给人体上肢一个辅助力量。
在目前的研究中，大部分外骨骼的控制方式是通过使用者的上肢操作外部设备(如用手操作遥控器)，来控制外骨骼的启动，暂停，以及各种工作模式的切换和参数的设置。
在实际使用场景下，由于使用者两侧的上肢都处于工作状态，无暇对外部设备进行操作，使得对外骨骼的控制十分困难；并且，通过上肢操作进行控制的方式较为复杂，不利于新人快速上手。
发明内容
鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法及控制装置，包括：
一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法，应用于通过获取由穿戴者上肢以外部位产生的交互信号，进行对所述上肢外骨骼的控制，所述方法包括：
获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；
获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的所述第一期望力矩轨迹；
依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
优选地，所述依据所述第一工作模式和所述当前位置确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹的步骤，包括：
依据所述第一工作模式确定装配有所述上肢外骨骼的手臂期望达到的第一终点位置以及对应于所述第一工作模式的第一完整力矩轨迹；
依据所述第一终点位置，所述当前位置，以及所述第一完整力矩轨迹确定所述第一期望力矩轨迹。
优选地，所述依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作的步骤，包括：
获取第二交互信号，并依据所述第二交互信号确定所述上肢外骨骼的第二工作模式；
若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作；
或；
若所述第二工作模式为非暂停，则依据所述第二工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作。
优选地，所述若所述第二工作模式为非暂停，则依据所述第二工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作的步骤，包括：
若所述第二工作模式为非启动，则重新获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第二工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第二工作模式对应的动作时的第二期望力矩轨迹；
依据所述第二期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第二工作模式对应的动作。
优选地，所述若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作的步骤之后，还包括：
获取第三交互信号，并依据所述第三交互信号确定所述上肢外骨骼的第三工作模式；
若所述第三工作模式为非暂停，则依据所述第三工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作。
优选地，所述若所述第三工作模式为非暂停，则依据所述第三工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作的步骤，包括：
若所述第三工作模式为启动，则依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼继续执行所述第一工作模式对应的动作；
或；
若所述第三工作模式为非启动，则重新获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第三工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第三工作模式对应的动作时的第三期望力矩轨迹；
依据所述第三期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第三工作模式对应的动作。
优选地，所述获取第一交互信号的步骤之后，还包括：
依据所述第一交互信号确定交互反馈信号；
依据所述交互反馈信号控制所述上肢外骨骼产生相应的交互反馈。
一种基于语音输入的上肢外骨骼控制装置，应用于通过获取由穿戴者上肢以外部位产生的交互信号，进行对所述上肢外骨骼的控制，所述装置包括：
工作模式生成模块，用于获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；
期望力矩生成模块，用于获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；
期望力矩输出模块，用于依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
一种设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法的步骤。
本申请具有以下优点：
在本申请的实施例中，通过获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作，使得穿戴者采用上肢以外部位对所述上肢外骨骼进行控制，不会对依靠上肢进行的工作造成影响，同时简化了穿戴者的控制复杂程度，让所有穿戴者都能快速上手进行所述上肢外骨骼的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法的步骤流程图；
图2是本申请一实施例提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制装置的结构框图；
图3是本申请一实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；
图4是本申请一实施例提供的一种基于语音输入上肢外骨骼的硬件结构框图；
图5是本申请一实施例提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制策略框图。
具体实施方式
为使本申请的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在本申请任一实施例中，所述方法和所述装置应用于通过获取由穿戴者上肢以外部位产生的交互信号，进行对所述上肢外骨骼的控制；具体地，所述上肢以外部位产生的交互信号可以包括：由穿戴者嘴部发出声音或吹动气管产生的交互信号。
参照图1，示出了本申请一实施例提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法；
所述方法包括：
S110、获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；
S120、获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；
S130、依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
在本申请的实施例中，通过获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作，使得穿戴者采用上肢以外部位对所述上肢外骨骼进行控制，不会对依靠上肢进行的工作造成影响，同时简化了穿戴者的控制复杂程度，让所有穿戴者都能快速上手进行所述上肢外骨骼的使用。
下面，将对本示例性实施例中一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法作进一步地说明。
如所述步骤S110所述，获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；具体地，所述第一工作模式可以是与穿戴者大臂在工作时的角度相对应的所述上肢外骨骼的位置(例如高位模式、水平模式和低位模式)，还可以是单纯的启动或暂停。
在本申请一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤S110所述“获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式”的具体过程。
获取第一交互信号；具体地，所述第一交互信号可以为穿戴者通过所述上肢外骨骼的声音交互组件(例如麦克风)输入的声音信号(例如语音或指定音纹的声音)或动作交互组件(例如气动开关或脚踏板)输入的信号。
依据所述第一交互信号确定第一指令词条；具体地，对所述第一交互信号进行低阶滤波，获取去噪后的第一交互信号；提取所述去噪后的第一交互信号中包含的指令词条，并将该指令词条设置为所述第一指令词条；其中，所述指令词条包括但不限于：“暂停”、“停止”、“不动”、“继续”、“启动”、“高位”、“抬高”、“水平”、“中间”、“低位”和“降低”等；
依据所述第一指令词条确定所述上肢外骨骼的第一工作模式；具体地，在数据库中查找与所述第一交互信号中包含的指令词条相对应的工作模式，并将该工作模式设置为所述第一工作模式；其中，所述数据库中包含的预设的工作模式至少包括三个，且每种工作模式至少对应一个指令词条，每个指令词条仅对应一种工作模式；若交互信号中包含的指令词条为“暂停”、“停止”、“不动”中的任意之一，则判定工作模式为暂停；若交互信号中包含的指令词条为“继续”、“启动”中的任意之一，则判定工作模式为启动；若交互信号中包含的指令词条为“高位”、“抬高”中的任意之一，则判定工作模式为高位模式；若交互信号中包含的指令词条为“水平”、“中间”中的任意之一，则判定工作模式为水平模式；若交互信号中包含的指令词条为“低位”、“降低”中的任意之一，则判定工作模式为低位模式；
在本申请一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤S120所述“获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的所述第一期望力矩轨迹”的具体过程。
获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置；具体地，通过实时采集穿戴者大臂与躯干之间的夹角，获得所述当前位置；
获取用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数；具体地，所述动态参数包括穿戴者大臂与躯干之间的夹角以及装配有所述上肢外骨骼的大臂的重量等；
依据所述第一工作模式确定装配有所述上肢外骨骼的手臂期望达到的第一终点位置以及对应于所述第一工作模式的第一完整力矩轨迹；需要说明的是，若所述第一工作模式为所述上肢外骨骼首次获取的工作模式并且为启动或暂停，则所述第一完整力矩轨迹为零；若所述第一工作模式为位置，在数据库中查找与所述第一工作模式相对应的所述第一终点位置和所述第一完整力矩轨迹；
具体地，若所述第一工作模式为高位模式，则所述第一终点位置为穿戴者大臂与水平线保持第一夹角(例如与水平线成+45°夹角)的位置，所述第一完整力矩轨迹为所述上肢外骨骼从预设的起始位置运动至与水平线保持所述第一夹角的完整的力矩轨迹；若所述第一工作模式为水平模式，则所述第一终点位置为穿戴者大臂与水平线保持平行的位置，所述第一完整力矩轨迹为所述上肢外骨骼从预设的起始位置运动至与水平线保持平行的完整的力矩轨迹；若所述第一工作模式为低位模式，则所述第一终点位置为所述穿戴者大臂与水平线保持第二夹角(例如与水平线成-30°夹角)的位置，所述第一完整力矩轨迹为所述上肢外骨骼从预设的起始位置运动至与水平线保持所述第二夹角的完整的力矩轨迹；
需要说明的是，所述第一终点位置可以是系统预设的默认值，也可以根据穿戴者的个人工作习惯进行调整，其调整方式可以为通过所述上肢外骨骼的交互设备进行设定(例如，穿戴者首先将大臂抬举到符合个人工作习惯的高度，随后说出“修改高位坐标”，所述上肢外骨骼即可将记录到的所述当前位置作为对应于高位模式的终点位置)；
依据所述第一终点位置，所述当前位置，以及所述第一完整力矩轨迹确定第一初始力矩轨迹；具体地，选取所述第一完整力矩轨中对应于从所述当前位置到所述第一终点位置的部分，作为所述第一初始力矩轨迹；
依据所述第一初始力矩轨迹、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；具体地，所述静态参数包括所述上肢外骨骼的长度、所述上肢外骨骼的重心位置和所述上肢外骨骼的重量等；需要说明的是，通过依据所述第一初始力矩轨迹、所述动态参数和所述静态参数确定所述第一期望力矩轨迹，可以补偿手臂和设备在抬举状态下的重力，进一步提高工作舒适度。
如所述步骤S130所述，依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作；具体地，依据所述第一期望力矩轨迹调整所述上肢外骨骼中的电机的输出功率，以控制所述上肢外骨骼依据所述第一期望力矩轨迹对穿戴者大臂进行助力。
在本申请一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤S130所述“依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作”的具体过程。
获取第二交互信号，并依据所述第二交互信号确定所述上肢外骨骼的第二工作模式；具体地，在控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应动作的过程中，获取穿戴者输入的所述第二交互信号，依据所述第二交互信号确定所述第二工作模式(具体过程参照上述实施例中对“依据所述第一交互信号确定所述第一工作模式”的说明，此处不再赘述)；
若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作；具体地，输出无使能信号，控制所述电机进入锁定状态，从而使得所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作。
若所述第二工作模式为非暂停，则依据所述第二工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作；
其中，若所述第二工作模式为启动，则不执行动作；
若所述第二工作模式为非启动(即位置)，则重新获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第二工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第二工作模式对应的动作时的第二期望力矩轨迹；依据所述第二期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第二工作模式对应的动作；(具体过程参照上述实施例中对“获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作”的说明，此处不再赘述)。
在本申请一实施例中，所述“所述若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作”之后，还包括：
获取第三交互信号，并依据所述第三交互信号确定所述上肢外骨骼的第三工作模式；具体地，在控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作之后，获取穿戴者输入的所述第三交互信号，依据所述第三交互信号确定所述第三工作模式；(具体过程参照上述实施例中对“依据所述第一交互信号确定所述第一工作模式”的说明，此处不再赘述)；
若所述第三工作模式为暂停，则不执行动作；
若所述第三工作模式为非暂停，则依据所述第三工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作；
其中，若所述第三工作模式为启动，则依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼继续执行所述第一工作模式对应的动作；具体地，输出使能信号，控制所述电机再次进入运行状态，从而使得所述上肢外骨骼继续执行所述第一工作模式对应的动作。
若所述第三工作模式为非启动(即位置)，则重新获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第三工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第三工作模式对应的动作时的第三期望力矩轨迹；依据所述第三期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第三工作模式对应的动作(具体过程参照上述实施例中对“获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作”的说明，此处不再赘述)。
在本申请一实施例中，所述“获取第一交互信号”之后，还包括：
依据所述第一交互信号确定交互反馈信号；具体地，依据所述第一交互信号中包含的指令词条确定所述交互反馈信号(例如“暂停”、“停止”、“不动”等指令词条对应“已获取暂停指令”的指令反馈词条；“继续”、“启动”等指令词条对应“已获取启动指令”的指令反馈词条；“高位”、“抬高”等指令词条对应“已获取高位模式指令”的指令反馈词条；“水平”、“中间”等指令词条对应“已获取水平模式指令”的指令反馈词条；“低位”、“降低”等指令词条对应“已获取低位模式指令”的指令反馈词条)；
依据所述交互反馈信号控制所述上肢外骨骼产生相应的交互反馈；具体地，将所述交互反馈信号发送至所述上肢外骨骼的语音输出设备(例如音箱)或视觉输出设备(例如显示屏)。
需要说明的是，通过生成并输出交互反馈信号，可以提示穿戴者包含有指令信号的交互信号已经成功输入。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
参照图2，示出了本申请一实施例提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制装置；
具体包括：
工作模式生成模块210，用于获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；
期望力矩生成模块220，用于获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；
期望力矩输出模块230，用于依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
在本申请一实施例中，所述工作模式生成模块210，包括：
交互信号获取子模块，用于获取第一交互信号；
指令词条生成子模块，用于依据所述第一交互信号确定第一指令词条；
工作模式生成子模块，用于依据所述第一指令词条确定所述上肢外骨骼的第一工作模式。
在本申请一实施例中，所述期望力矩生成模块220，包括：
当前位置获取子模块，用于获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置；
动态参数获取子模块，用于获取用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数；
完整力矩生成子模块，用于依据所述第一工作模式确定装配有所述上肢外骨骼的手臂期望达到的第一终点位置以及对应于所述第一工作模式的第一完整力矩轨迹；
初始力矩生成子模块，用于依据所述第一终点位置，所述当前位置，以及所述第一完整力矩轨迹确定第一初始力矩轨迹；
期望力矩生成子模块，用于依据所述第一初始力矩轨迹、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹。
在本申请一实施例中，所述工作模式生成模块210，还用于获取第二交互信号，并依据所述第二交互信号确定所述上肢外骨骼的第二工作模式；
还包括：停止模式，用于若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作；
在本申请一实施例中，所述工作模式生成模块210，还用于获取第三交互信号，并依据所述第三交互信号确定所述上肢外骨骼的第三工作模式；
还包括：启动模块，用于若所述第三工作模式为非暂停，则依据所述第三工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作。
参照图3，示出了本申请的一种计算机设备，具体可以包括如下：
上述计算机设备12以通用计算设备的形式表现，计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线18结构中的一种或多种，包括存储器总线18或者存储器控制器，外围总线18，图形加速端口，处理器或者使用多种总线18结构中的任意总线18结构的局域总线18。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线18，微通道体系结构(MAC)总线18，增强型ISA总线18、音视频电子标准协会(VESA)局域总线18以及外围组件互连(PCI)总线18。
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其他移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机体统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其他光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质界面与总线18相连。存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块42，这些程序模块42被配置以执行本申请各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块42包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其他程序模块42以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本申请所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24、摄像头等)通信，还可与一个或者多个使得医护人员能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其他计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)界面22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN))，广域网(WAN)和/或公共网络(例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其他模块通信。应当明白，尽管图3中未示出，可以结合计算机设备12使用其他硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元16、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统34等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本申请实施例所提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法。
也即，上述处理单元16执行上述程序时实现：获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
在本申请实施例中，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有实施例提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法：
也即，给程序被处理器执行时实现：获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机克顿信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPOM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言——诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在医护人员计算机上执行、部分地在医护人员计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在医护人员计算机上部分在远程计算机上执行或者完全在远程计算机或者服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到医护人员计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在本申请一具体实现中，参照图4，所述上肢外骨骼包括用于获取并识别声音信号的语音交互电路，用于生成力矩轨迹的主控板，用于输出力矩轨迹的驱动器，以及用于驱动所述上肢外骨骼运动的电机；所述语音交互电路包括用于获取声音信号的麦克风，用于识别声音信号的语音识别模块，用于输出声音反馈信号的音响，以及用于为所述麦克风、所述语音识别模块和所述音响提供电连接的连接电路；所述语音识别模块分别与所述麦克风和所述音响电连接；所述语音识别模块、所述主控板、所述驱动器和所述电机依次电连接。
在本申请另一具体实现中，参照图5，在所述语音识别模块的控制程序中，输入预先设定的指令词条和工作模式，使指令词条与工作模式一一对应，每次使用者喊出设定的语音词条时，所述语音识别模块会通过所述麦克风收集喊话关键词，转化为对应的数据信号并通过音响播报当前输入的指令词条，使得使用者知道指令词条已经输入，然后所述语音识别模块把对应的数据信号发送给下位机(即所述主控板)，首先进行工作模式判断(低位模式，水平模式，高位模式)，以跳转至不同的模式，不同的工作模式对应写入不同的力矩轨迹，以适应当前的工作环境，提高工作舒适度，输入的力矩轨迹进入力矩控制器，进行实时控制，实现力的跟踪，接着与外界环境进行交互，在控制外环设置重力补偿反馈，补偿手臂和机器的重力(图中Td为对应静态参数的力矩补偿轨迹，Tact为对应动态参数的力矩补偿轨迹，Qact为期望力矩轨迹)，完成实时控制系统的闭环控制，进一步提高工作舒适度。需要说明的是，在工作状态下，穿戴者可以输入其他的语音命令(例如启动、暂停等)，实现对外骨骼的启动和暂停的控制，此外，还可以对助力大小等参数进行调整。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法及控制装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种基于语音输入的上肢外骨骼控制方法，应用于通过获取由穿戴者上肢以外部位产生的交互信号，进行对所述上肢外骨骼的控制，其特征在于，所述方法包括：
获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；
获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；
依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述第一工作模式和所述当前位置确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹的步骤，包括：
依据所述第一工作模式确定装配有所述上肢外骨骼的手臂期望达到的第一终点位置以及对应于所述第一工作模式的第一完整力矩轨迹；
依据所述第一终点位置，所述当前位置，以及所述第一完整力矩轨迹确定所述第一期望力矩轨迹。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作的步骤，包括：
获取第二交互信号，并依据所述第二交互信号确定所述上肢外骨骼的第二工作模式；
若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作；
或；
若所述第二工作模式为非暂停，则依据所述第二工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若所述第二工作模式为非暂停，则依据所述第二工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作的步骤，包括：
若所述第二工作模式为非启动，则重新获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第二工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第二工作模式对应的动作时的第二期望力矩轨迹；
依据所述第二期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第二工作模式对应的动作。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若所述第二工作模式为暂停，则控制所述上肢外骨骼停止执行所述第一工作模式对应的动作的步骤之后，还包括：
获取第三交互信号，并依据所述第三交互信号确定所述上肢外骨骼的第三工作模式；
若所述第三工作模式为非暂停，则依据所述第三工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述若所述第三工作模式为非暂停，则依据所述第三工作模式控制所述上肢外骨骼执行对应的动作的步骤，包括：
若所述第三工作模式为启动，则依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼继续执行所述第一工作模式对应的动作；
或；
若所述第三工作模式为非启动，则重新获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第三工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第三工作模式对应的动作时的第三期望力矩轨迹；
依据所述第三期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第三工作模式对应的动作。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取第一交互信号的步骤之后，还包括：
依据所述第一交互信号确定交互反馈信号；
依据所述交互反馈信号控制所述上肢外骨骼产生相应的交互反馈。
8.一种基于语音输入的上肢外骨骼控制装置，应用于通过获取由穿戴者上肢以外部位产生的交互信号，进行对所述上肢外骨骼的控制，其特征在于，包括：
工作模式生成模块，用于获取第一交互信号，并依据所述第一交互信号确定上肢外骨骼的第一工作模式；
期望力矩生成模块，用于获取装配有所述上肢外骨骼的手臂的所述当前位置，以及用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的的动态参数，并依据所述第一工作模式、所述当前位置、所述动态参数和预设的用于对所述上肢外骨骼进行重力补偿的静态参数确定所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作时的第一期望力矩轨迹；
期望力矩输出模块，用于依据所述第一期望力矩轨迹控制所述上肢外骨骼执行所述第一工作模式对应的动作。
9.一种设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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