穿戴式机器人装置和控制穿戴式机器人装置的方法与流程

本公开的实施例涉及一种具有声音反馈功能的穿戴式机器人装置和控制穿戴式机器人装置的方法。

背景技术：

根据应用领域，穿戴式机器人装置可用作辅助肌肉力量的辅助装置，或用作增加用户的肌肉力量以搬运具有大重量的物体的增加装置。

在这样的穿戴式机器人装置中，通过视觉显示引导对应用户的简单方法通常用以通知用户增加的力的总量和增加的物理力的实时变化。然而，存在的问题是，在用户不直接查看量和变化时，用户难以知道量和变化，而且即使在用户查看了对应于力的物理量的数字时，用户也可能不容易理解其含义。

技术实现要素：

因此，本公开的一方面提供了一种穿戴式机器人装置和一种控制穿戴式机器人装置的方法，其根据穿戴式机器人装置的操作提供不同的声音反馈。

本发明的另一方面提供了一种穿戴式机器人装置和一种控制穿戴式机器人装置的方法，其提供对应于由穿戴式机器人装置增加的力量的声音反馈。

本公开的其它方面将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地通过描述将是显而易见的，或可通过本公开的实践而得知。

根据本公开的一个方面，一种穿戴式机器人装置可包括：框架；检测器，设置在框架上并被配置为收集关于从用户施加的力的信息；控制器；被配置为基于由检测器收集的信息确定穿戴式机器人装置的操作所需的需要转矩量，并被配置为确定对应于需要转矩量的声音；以及输出单元，被配置为输出所确定的声音。

控制器可根据所确定的需要转矩量确定声音的频率、强度、以及音调。

输出单元可输出根据所确定的需要转矩量具有不同频率、强度、以及音调的声音。

输出单元可输出根据穿戴式机器人装置的操作模式具有不同频率、强度、以及音调的声音。

在穿戴式机器人装置在第一操作模式下操作时，输出单元可输出处于第一频带中的预设声音，且在穿戴式机器人装置在第二操作模式下操作时，输出单元可输出预定的第二频带的声音。

穿戴式机器人装置还可包括输入单元，所述输入单元被配置为接收穿戴式机器人装置的操作模式。

穿戴式机器人装置还可包括存储器，关于根据穿戴式机器人装置的操作模式的力的目标值的信息存储在所述存储器中。

控制器可基于存储在存储器中的关于力的目标值的信息与在检测器中收集的关于用户的力的信息之间的差异来确定穿戴式机器人装置的操作所需的需要转矩量。

存储器可存储关于根据需要转矩量从输出单元输出的声音的频率、强度、以及音调的信息。

检测器可设定在穿戴式机器人装置的终点。

检测器可包括用以收集关于用户的力的信息的力传感器。

根据本公开的另一方面，一种控制穿戴式机器人装置的方法包括：在检测器中收集用户的力信息；基于力信息确定穿戴式机器人装置的操作所需的需要转矩量；确定对应于需要转矩量的声音；以及输出所确定的声音。

用于确定对应于所确定的需要转矩量的声音的步骤可包括根据所确定的需要转矩量确定声音的频率、强度、以及音调。

用于输出所确定的声音的步骤可包括输出根据所确定的需要转矩量具有不同频率、强度、以及音调的声音。

用于输出所确定的声音的步骤可包括输出根据穿戴式机器人装置的操作模式具有不同频率、强度、以及音调的声音。

用于输出所确定的声音的步骤可包括在穿戴式机器人装置在第一操作模式下操作时输出处于第一频带中的预设声音，且在穿戴式机器人装置在第二操作模式下操作时输出处于第二频带中的预设声音。

控制穿戴式机器人装置的方法可包括设定穿戴式机器人装置的操作模式。

确定穿戴式机器人装置的操作所需的需要转矩量可包括基于存储在存储器上的力的目标值与由检测器收集的用户的力信息之间的差异来确定穿戴式机器人装置的操作所需的需要转矩量。

附图说明

通过以下结合附图进行的实施例的描述，本公开的这些和/或其它方面将变得明显且更容易理解，其中：

图1是示出根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置的外观的视图；

图2是示出根据本公开的一个实施例度的穿戴式机器人装置的自由度的视图；

图3是示出根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置的控制框图的视图；

图4是示出其中根据穿戴式机器人装置的操作模式确定输出声音的频带的一个实例的视图；

图5是示出其中根据单一操作模式下的穿戴式机器人装置的需要转矩量确定声音的频带的一个实例的视图；以及

图6是示出根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置的控制过程的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参考本公开的实施例，其实例在附图中示出，其中通篇相同参考标号指代相同元件。

在下文中，将参考附图描述穿戴式机器人装置和控制穿戴式机器人装置的方法。

根据本公开的穿戴式机器人装置被设定为由用户穿戴。在下文中，穿戴式机器人装置可被定义为包括辅助残障用户行走的行走辅助装置、用于在工地辅助工人的肌肉力量的肌肉力量增加装置等的概念。

图1是示出根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置的视图，且图2是示出根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置的自由度的视图。

参考图1，根据一个实施例的穿戴式机器人装置100可包括在用户的脚的纵向方向上延伸并支撑用户的重量的框架10和20。框架10和20可包括支撑用户的大腿的第一框架10和支撑用户的小腿的第二框架20。

第一框架10可通过髋关节30枢转地连接到腰固定部40。第一框架10和第二框架20可通过膝关节50枢转地连接。第二框架20可连接到固定在用户的脚上的脚部结构60。第二框架20和脚部结构60可通过踝关节70枢转地连接。

穿戴式机器人装置100还可包括为髋关节30和膝关节50提供驱动力的驱动源以及控制穿戴式机器人装置100的操作的控制器。脚部结构60可设有传感器，且关于由传感器感测的用户的活动的信息可被传送到控制器。控制器可使用所传送的信息来控制髋关节30或膝关节50的操作。穿戴式机器人装置100还可包括为踝关节70提供驱动力的驱动源。

参考图2，第一框架10可枢转以相对于髋关节30具有3个自由度。3个自由度的操作可由所传送的驱动力或无驱动力来进行。作为一个实例，虽然第一框架10基于y轴枢转的1个自由度的一个操作由所传送的驱动力进行，但是2个自由度的其它操作可在无驱动力的情况下由用户的活动来进行。同时，在该实施例中，3个自由度的所有操作可由所传送的驱动力进行。第一框架10可通过拉动或释放线缆11而基于y轴枢转。线缆11可缠绕在连接到驱动源(诸如电机)的滑轮12上，且线缆11可使用髋关节30连接到第一框架10。作为一个实例，当驱动源使滑轮12旋转以将线缆11缠绕在滑轮12上时，第一框架10可基于y轴枢转。当驱动源使滑轮12旋转以将线缆11从滑轮12上释放时，第一框架10可在上述的相反方向上基于y轴枢转。

此外，第二框架20可枢转以相对于第一框架10具有1个自由度。可使用膝关节50枢转地连接到第一框架10的第二框架20可通过拉动或释放线缆14而枢转。线缆14可缠绕在连接到驱动源(诸如电机)的滑轮13上，且线缆14可使用本膝关节50连接到第二框架20。

作为一个实例，当驱动源使滑轮13旋转以将线缆14缠绕到滑轮13上时，第二框架20可基于y轴枢转。当驱动源使滑轮13旋转以将线缆14从滑轮13上释放时，第二框架20可在上述的相反方向上基于y轴枢转。

此外，脚部结构60可枢转以相对于第二框架20具有3个自由度。脚部结构60和第二框架20可通过踝关节70枢转地连接。脚部结构60或第二框架20可在没有驱动力的情况下根据用户的活动而绕踝关节70枢转。脚部结构60或第二框架20可通过由驱动源(诸如电机)传送的驱动力绕踝关节70枢转。

此外，脚部结构60可被设置以具有绕被动关节的1个自由度。被动关节可定位在脚部结构60的底部，并且是指其中被动关节由用户的活动被动地移动的自由度。可为用户提供被动关节以具有自然行走姿势，但在某些情况下可省略。

第一固定部90可连接到第一框架10。第一固定部90可包围用户的大腿并将第一框架10安装在用户的大腿上。第二固定部91可连接到第二框架20。第二固定部91可包围用户的小腿并将第二框架20安装在用户的小腿上。

当用户穿戴穿戴式机器人装置100时，第一框架10或第二框架20可被设置以在用户的腿的纵向方向上延伸。第一框架10或第二框架20可通过连接多个连杆来提供。多个连杆可由刚性材料制成。第一框架10或第二框架20可通过多个连杆枢转地连接，且可不仅沿用户的体线灵活地弯曲，而且还稳定地支撑用户的重量。

同时，能够穿在用户的下肢上的穿戴式机器人装置100的配置在图1中被描述为一个实例，但穿戴式机器人装置100的形态不限于此，且应理解的是，本领域普通技术人员可容易地想到保持在本公开的范围之内的变化。

在下文中，将参考图3详细地描述根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置100的配置。

图3是示出根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置100的控制框图的视图。

参考图3，根据本公开的一个实施例的穿戴式机器人装置100可包括输入单元110、检测器120、存储器130、控制器140和输出单元150。

输入单元110可为穿戴式机器人装置100接收用户的控制命令。用户可使用输入单元110设定穿戴式机器人装置100的模式。穿戴式机器人装置100可根据用户的设定在包括第一模式和第二模式的多种模式下操作。

根据一个实例，第一模式和第二模式可包括穿戴式机器人装置100的康复模式和助力模式中的至少一个。在下文中，康复模式可被定义为在辅助康复患者的活动时提供的模式，且助力模式可被定义为在过程的执行过程中辅助工人的活动时提供的模式。同时，穿戴式机器人装置100的操作模式的实例不限于此，且可根据设计者的意图进行各种变化。

输入单元110可包括用于用户的输入的硬件输入装置，诸如各种按钮、开关、键盘、鼠标、跟踪球等，且一些实施例可包括软件输入装置，即，图形用户界面(GUI)，诸如触摸垫等。当输入单元110以触摸垫的形式提供时，触摸板可作为触摸屏面板(TSP)而实施以与显示器形成交互层结构。

检测器120可设定在穿戴式机器人装置100的脚部结构60中以收集关于从用户施加的力的信息并将所收集的力的信息传送到控制器140。检测器120可包括力传感器以收集关于从用户施加的力的信息。然而，能够作为检测器120而应用的传感器不限于上述的。

检测器120可安装在穿戴式机器人装置100的脚部结构60上。然而，检测器120的安装位置不限于上述的。检测器120可安装在穿戴式机器人装置100的终点(包括连接第一框架10和第二框架20的膝关节50)上。

存储器130可存储用于驱动和控制穿戴式机器人装置100的控制程序或应用。更具体地，存储器130可存储用于基于由检测器120收集的信息确定穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量和对应于需要转矩量的声音的程序。

此外，存储器130可存储关于根据穿戴式机器人装置100的操作模式的力的目标值的信息。在下文中，力的目标值可指由穿戴式机器人装置100的操作模式输出的期望力的值。作为力的目标值的实例，获得每个模式下的普通人的力信息以预先建立返回数据，且可基于所存储的返回数据设定力的目标值。然而，设定力的目标值的方法不限于上述的，且可由用户任意地确定。

同时，关于力的目标值的信息可根据穿戴式机器人装置100的操作模式不同地设定。例如，当用户需要在第二操作模式下由比第一操作模式更大的力来辅助时，第二操作模式下的力的目标值可被设定为比第一操作模式的设定更高。

存储器130可存储根据穿戴式机器人装置100的操作模式的声音信息。具体地，存储器130可存储关于根据穿戴式机器人装置100的操作模式的声音的频率、强度和音调的信息。

作为一个实例，在穿戴式机器人装置100在第一操作模式下操作时，存储器130可存储关于第一频带的声音的信息，并在穿戴式机器人装置100在第二操作模式下操作时，存储器130可存储关于第二频带的声音的信息。

存储器130可存储关于根据在控制器140中确定的需要转矩量的声音的信息。具体地，存储器130可存储关于根据在控制器140中确定的需要转矩量的声音的频率、强度和音调的信息。

存储器130可包括以下中的至少一种类型的存储介质：闪速存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型存储器、卡型存储器(例如，安全数字(SD)或极限数字(XD)存储器)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可编程ROM(PROM)、磁存储器、磁盘、光盘等。

控制器140可控制穿戴式机器人装置100的整体操作。控制器140可控制穿戴式机器人装置100的每个组件，包括输入单元110、检测器120、存储器130、输出单元150等。控制器140可以是各种处理器，其包括集成电路形成在其中的至少一个芯片。

控制器140可基于用检测器120收集的信息确定穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量，且可确定对应于需要转矩量的声音，更具体地，确定声音的频率、强度、以及音调。

声音的频率、强度、以及音调是指声音的特性的典型元素，声音的频率是指声音的高或低的音调，声音的强度是指声音的密度(即，声音的能量)，且声音的音调是指声音的形式(即，声音的频谱)。

作为一个实例，声音可包括在操作穿戴式机器人装置100时产生的机械声音、脚步声等，且在一些实施例中还可包括预先存储的人的声音(例如，叹息声)。

在下文中，为了描述的方便，将详细描述其中控制器140确定声音的频率的过程。在一些实施例中，确定声音的强度和音调的过程也可与确定声音的频率的过程相同。在下文中，在确定声音的强度和音调的过程中，确定声音的频率的重复描述将被省略。

控制器140可根据穿戴式机器人装置100的操作模式不同地确定从输出单元150输出的声音的频带。

图4是示出其中根据穿戴式机器人装置的操作模式确定输出声音的频带的实例的视图。在下文中，为了描述的方便，将其中穿戴式机器人装置100在康复模式或助力模式下操作的情况描述为一个实例。

参考图4，当穿戴式机器人装置100在康复模式下操作时，从输出单元150输出的声音的频带可被确定为第一频带，且当穿戴式机器人装置100在助力模式下操作时，从输出单元150输出的声音的频带可被确定为第二频带。

通常，由于助力模式可比康复模式对用户辅助更大的力，所以从康复模式输出的声音的频带可比从助力模式输出的声音的频带更高。结果，与在助力模式中输出的声音相比，在康复模式下可输出更亮且更清晰的声音。

此外，控制器140可基于存储在存储器130中的关于力的目标值的信息和由检测器120收集的用户的力信息来确定穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量。这里，力的目标值可指根据穿戴式机器人装置100的操作模式确定的值，且穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量可根据穿戴式机器人装置100的操作模式来不同地确定。

计算穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量的方法可表示为下面的等式1。

等式(1)

Frob＝Fref–Fact

这里，Frob是指穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量，Fref是指存储在存储器130中的力的目标值，并且Fact是指由检测器120收集的用户的力信息。

控制器140可根据需要转矩量确定从输出单元150输出的声音的频率。

图5是示出其中根据穿戴式机器人装置100的需要转矩量来确定声音的频带的实例的视图。在下文中，以康复模式作为实例，将描述可根据穿戴式机器人装置100的需要转矩量来确定声音的频带。

参考图5，可根据穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量将对应于康复模式的第一频带分为多个区段。

例如，穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量可被分为10个操作，并且因此对应于康复模式的第一频带可被分为10个区段，包括f1到f10。在该实施例中，在需要转矩量增大时，需要转矩量可从第一操作增大到第十操作，且对应于需要转矩量的声音的频率可被确定从f1到f10。

同时，穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量的范围可由用户基于穿戴式机器人装置100的输出转矩任意地设定。例如，穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量可在第一转矩和第二转矩的范围内设定，且转矩量的设定范围可随用户的操作而变化。

在图5中，为了描述的方便，将康复模式描述为一个实例，但是确定从助力模式输出的声音的方法可与康复模式相同。

输出单元150可输出由控制器140确定的声音。详细地，输出单元150可输出根据由穿戴式机器人装置100的操作模式和控制器140确定的需要转矩量具有不同频率、强度、以及音调的声音。

作为一个实例，输出单元150输出根据穿戴式机器人装置100的操作模式具有不同频带的声音。从输出单元150输出的声音的频率的范围可在约1kHz至6kHz的范围内，即，在人容易听见的频率范围内。

例如，当穿戴式机器人装置100在第一操作模式下操作时，输出单元150可输出第一频带的预设声音，并且当穿戴式机器人装置100在第二操作模式下操作时，输出单元150可输出第二频带的预设声音。

此外，输出单元150可根据由控制器140确定的需要转矩量输出具有不同频率的声音。

如上所述，穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量可被分为10个操作，并且因此对应于康复模式的第一频带可被分为10个区段，包括f1到f10。在实施例中，在需要转矩量增大时，需要转矩量可从第一操作增大到第十操作，且因此从输出单元150输出的声音的频率可从f1增大到F10。

此外，输出单元150可根据需要转矩量的输出限制来输出报警声。作为一个实例，当需要转矩量的大小对应于第十操作时，输出单元150可输出预定的报警声且因此提供关于停止穿戴式机器人装置100的使用的建议的报警。

这样的输出单元150可包括扬声器。然而，输出单元150的实例不限于此，且能够提供声音显示的所有配置可包括在本领域普通技术人员可容易地想到的范围内。

如上所述，描述了根据一个实施例的穿戴式机器人装置100。

在根据一个实施例的穿戴式机器人装置100中，穿戴式机器人装置100的操作模式可根据用户的意图来选择，且不同频带的声音可根据穿戴式机器人装置100的操作模式而输出。

详细地，当选择穿戴式机器人装置100的康复模式时，可提供高频的声音效果，使得用户感觉到装置轻便且敏捷，且因此康复治疗可通过刺激用户的心理因素和体验来辅助。相反地，当选择穿戴式机器人装置100的助力模式时，可提供低频的声音效果，使得用户感觉到装置在体力工作现场是重的。因此，关于当前状态的信息可通过声音通知给用户，且结果，用户可被鼓励以通过反馈或心理因素来工作。

接下来，将描述用于控制穿戴式机器人装置100的方法的一个实例。

图6是示出根据本公开的一个实施例的控制穿戴式机器人装置100的过程的流程图。

参考图6，根据一个实施例的穿戴式机器人装置100的控制方法可包括：输入平均采样数据的参考力(S220)；基于力信息确定穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量(S230)；确定对应于需要转矩量的声音的频率(S240)；以及输出对应于所确定的频率的声音(S250)。

同时，在根据一个实施例的穿戴式机器人装置100能够在多种模式下操作时，可包括设定穿戴式机器人装置100的操作模式的过程(S210)。穿戴式机器人装置100的操作模式可包括康复模式和助力模式，但操作模式的实例不限于此。

在设定穿戴式机器人装置100的操作模式时，可用检测器120进行输入平均采样数据的参考力。输入平均采样数据的参考力可包括通过力传感器收集用户的力信息(S220)。

在收集关于用户的力信息时，穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量的确定可基于力信息来进行。穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量的确定可包括基于存储在存储器130中的力的目标值与所收集的用户的力信息之间的差异来确定工作所需的需要转矩量(S230)。

在确定穿戴式机器人装置100的操作所需的需要转矩量时，穿戴式机器人装置100可基于所确定的转矩量操作，且可同时进行对应于穿戴式机器人装置100的操作的声音的输出。

更详细地，对应于穿戴式机器人装置100的操作的声音的输出可包括确定对应于需要转矩量的声音频率(S240)并且输出对应于所确定的频率的声音(S250)。

在确定对应于需要转矩量的声音频率时，声音频率可根据需要转矩量而不同地确定。重复的描述将在下面被省略。

此外，在输出对应于所确定的频率的声音时，可根据需要转矩量输出不同频率的声音。重复的描述将在下面被省略。

如从上面的描述明显的，由于根据本公开的穿戴式机器人装置及其控制方法根据穿戴式机器人装置的操作提供声音显示，所以穿戴式机器人装置的用户可减少检查视觉显示的动作，同时仍保持装置的可操作性。具体地，穿戴式机器人装置可在康复模式的情况下输出亮且高的声音效果且在助力模式下输出重且低的声音效果。

此外，可通过将穿戴式机器人装置的操作状态通知到其周围环境来防止事故。

如上所述，详细描述了穿戴式机器人装置及其控制方法。虽然已示出并描述了本公开的几个实施例，但是本领域技术人员应理解的是，在不背离本公开的原理和精神的情况下，可对这些实施例做出变化，本公开的范围在权利要求书及其等同物中限定。