增强假肢安全性与环境适应性：不平地形上的视觉惯性假肢运动估计方法
机器人学
2024-04-30 v1
摘要
环境感知对于穿戴动力假肢的截肢者在穿越楼梯和障碍物等不平地形时提高行走安全性和稳定性至关重要。然而，现有的假肢环境感知系统仅提供地形类型及相应参数，无法在穿越不平地形时防止潜在碰撞，可能导致跌倒及其他严重后果。本文提出了一种视觉惯性运动估计方法，用于假肢在穿越不平地形时感知其自身运动以及假肢与不平地形之间空间关系的变化。为此，我们利用深度相机感知环境并对齐从楼梯和障碍物中提取的特征点，从而估计膝关节运动。随后，引入误差状态卡尔曼滤波器将惯性数据融合至视觉估计中，以减少特征提取误差并获得更稳健的估计。利用假肢模型参数推导出假肢关节和脚趾的运动。在我们收集的数据集以及使用动力假肢进行的楼梯行走试验上的实验表明，所提方法能够准确跟踪人腿和假肢的运动，脚趾轨迹的平均均方根误差小于 5 cm。所提方法有望实现假肢的环境自适应控制，从而提高截肢者在不平地形上的安全性和活动能力。
引用
@article{arxiv.2404.18612,
title = {Enhancing Prosthetic Safety and Environmental Adaptability: A Visual-Inertial Prosthesis Motion Estimation Approach on Uneven Terrains},
author = {Chuheng Chen and Xinxing Chen and Shucong Yin and Yuxuan Wang and Binxin Huang and Yuquan Leng and Chenglong Fu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.18612},
year = {2024}
}