髋关节控制器 - OpenExo
髋关节控制器
- Franks Collins Hip Controller
-
- 简介
- Parameters
- 补充说明
- Proportional Hip Moment Controller
-
- 简介
- Parameters
- 补充说明
Franks Collins Hip Controller
简介
Franks Collins Hip Controller 通过一系列分段 spline 曲线（包括伸展和屈曲两个阶段），为髋关节提供助力。
它基于步态百分比进行控制，因此需要用到 heel FSR（足跟力敏电阻）来检测步态周期。
此控制器参考自：
P.W. Franks, G.M. Bryan, R.M. Martin, R. Reyes, A.C. Lakmazaheri, & S.H. Collins (2021). Comparing optimized exoskeleton assistance of the hip, knee, and ankle in single and multi-joint configurations. Wearable Technologies, 2, e16. doi: 10.1017/wtc.2021.14
Parameters
参数的具体顺序请参考 ControllerData.h，常见参数说明如下：
-
mass：用户体重（kg），理论上用于扭矩去归一化，当前实现中未使用，默认设为0。
-
trough_normalized_torque_Nm_kg：最大伸展扭矩（Nm）。注意：目前未按体重归一化。
-
peak_normalized_torque_Nm_kg：最大屈曲扭矩（Nm）。注意：目前未按体重归一化。
-
start_percent_gait：步态周期的起始百分比（0~1），决定扭矩模式起始时刻，以避免跟踪开始时的不连续。
-
trough_onset_percent_gait：开始施加伸展扭矩的步态百分比。
-
trough_percent_gait：施加最大伸展扭矩的步态百分比。
-
mid_time：从伸展向屈曲过渡时为0扭矩的点（步态百分比）。
-
mid_duration：伸展-屈曲过渡阶段为0扭矩的持续时间（步态百分比）。
-
peak_percent_gait：施加最大屈曲扭矩的步态百分比。
-
peak_offset_percent_gait：停止施加屈曲扭矩的步态百分比。
-
use_pid：是否启用PID闭环控制，1为开，0为关。
-
p_gain：比例增益（P）。
-
i_gain：积分增益（I）。
-
d_gain：微分增益（D）。
补充说明
-
如果需要根据用户体重归一化，请在参数配置和控制器实现中调整相应逻辑。
-
该控制器能灵活适应不同步态周期下的助力方案，适合科研优化和人因实验。
-
配置和参数调整需要结合步态传感器（FSR）使用。
Proportional Hip Moment Controller
简介
该控制器根据用户髋关节实时力矩估算值来为髋关节提供助力。
它需要同时用到足跟（heel）和足趾（toe）FSR（力敏电阻）传感器。
注意：该控制器仍在开发中，后续会有更多更新。
论文参考：
S.S.P.A. Bishe, L. Liebelt, Y. Fang, & Z.F. Lerner (2022). A Low-Profile Hip Exoskeleton for Pathological Gait Assistance. 2022 IEEE ICRA.
Parameters
参数顺序见 ControllerData.h，主要有：
-
extension_setpoint：最大伸展（后摆）扭矩设定值（单位：Nm）
-
flexion_setpoint：最大屈曲（前摆）扭矩设定值（单位：Nm）
补充说明
-
此控制器的核心思想是：通过FSR测量步态状态，实时估算用户髋关节的实际生物力矩，并按一定比例为用户提供助力。
-
目前参数较为精简，未来可能还会加入更多增益、过滤或PID参数。
-
配置和调试时，注意FSR传感器的安装及校准对控制精度的影响。