下肢外骨骼可以輔助人體承受負載，帶動人體運動，在軍事作戰、災害救援及康復治療等領域具有廣闊的應用前景。

為了使下肢外骨骼適應樓梯這一典型場景，北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院陳偉海團隊在基於視覺的樓梯感知和樓梯上升的步態生成方法的基礎上，提出了一種基於深度相機的下肢外骨骼上樓梯的自適應步態生成演算法。

與雙足機器人不同，下肢外骨骼的目的是幫助患者行走步態更加自然。為了獲取一組自然的樓梯行走步態作為參考，陳老師團隊使用NOKOV度量動作捕捉系統（由16個動作捕捉鏡頭、帶有反游標記點的動捕服和運動分析軟體組成）收集了一系列健康人在平地和樓梯上行走的下肢運動資料。

動作捕捉鏡頭捕捉到下肢附著的反游標記點，系統計算出各個點的三維座標，運動分析軟體將每個標記點與人體模型的特定位置關聯起來，形成完整的下肢關節。

研究中，將動作捕捉系統獲取的髖關節角度和膝關節角度表示為下肢行走步態，用電機最大速度和關鍵角度範圍等約束過濾擬合後的步態，並選擇不同場景下外骨骼的最佳行走步態。

為了評估外骨骼的步態生成方法有效性，研究人員進行了模擬步態生成。如上圖所示，粗體紅線為外骨骼鞋底，黑色和紅色虛線是參考步態收集過程中的階梯和鞋底，藍色和紅色細線分別表示參考軌跡（NOKOV度量動作捕捉獲取）和生成的軌跡。

可以看出，根據參考值生成的應用於不同臺階的軌跡，鞋底處於理想位置，末端點軌跡合理，而且生成的髖關節角度序列與健康人的參考序列保持接近。

同時，研究人員在80-155mm高度的樓梯上請志願者進行步行測試，證明了自適應上樓梯步態生成方法的可行性。

參考文獻：

[1]Xiaoming Zhao, Wei-Hai Chen, Bing Li, XingmingWu, and Jianhua Wang , "An adaptive stair-ascending gait generationapproach based on depth camera for lower limb exoskeleton", Review ofScientific Instruments 90, 125112 (2019)https://doi.org/10.1063/1.5109741