为了在医疗和工业环境中广泛采用可穿戴机器人外骨骼，至关重要的是，它们可以适应性地支持大量运动。我们提出了一种新的人机界面，以同时在一系列“看不见的”步行条件和未用于建立控制界面的“看不见”步行条件和过渡期间同时驱动双侧踝部外骨骼。提出的方法使用人特异性的神经力学模型从测量的肌电图（EMG）和关节角度实时估算生物踝关节扭矩。基于干扰观察者的低级控制器将生物扭矩估计转换为外骨骼命令。我们称此“基于神经力学模型的控制”（NMBC）。 NMBC使六个人能够自愿控制六个步行条件下的双边踝部外骨骼，包括所有中间过渡，即两个步行速度，每个步行速度在三个地面高程中进行，不需要预先定义的扭矩轮廓，也不需要先验选择的神经肌肉肌肉反射规则，或国家机器在文献中很常见。在涉及月球漫步的灵活的运动任务上进行了一个单一的主题案例研究。 NMBC始终启用能够减少生物踝扭矩，以及与非辅助条件相比，在步行条件（24％扭矩； 14％EMG）之间以及步行条件（24％扭矩； 14％EMG）之间的八个踝部肌肉EMG。新型步行条件下的扭矩和EMG减少表明，外骨骼在操作员的神经肌肉系统控制的外观上进行了共生。这为系统地采用可穿戴机器人作为现场医疗和职业环境的一部分开辟了新的途径。

在各种条件下行走期间关节阻抗的知识与临床决策以及机器人步态培训师，腿部假体，腿矫形器和可穿戴外骨骼的发展相关。虽然步行过程中的脚踝阻抗已经通过实验评估，但尚未识别步行期间的膝盖和髋关节阻抗。在这里，我们开发并评估了下肢扰动器，以识别跑步机行走期间髋关节，膝关节和踝关节阻抗。下肢扰动器（Loper）由致动器组成，致动器通过杆连接到大腿。 Loper允许将力扰动施加到自由悬挂的腿上，同时站立在对侧腿上，带宽高达39Hz。在以最小的阻抗模式下行走时，Loper和大腿之间的相互作用力低（<5N），并且对行走图案的效果小于正常行走期间的对象内变异性。使用摆动腿动力学的非线性多体动力学模型，在摆动阶段在速度为0.5米/秒的速度的九个受试者期间估计臀部，膝关节和踝关节阻抗。所识别的模型能够预测实验反应，因为分别占髋部，膝关节和踝部的平均方差为99％，96％和77％。对受试者刚度的平均分别在34-66nm / rad，0-3.5nm / rad，0-3.5nm / rad和2.5-24nm / rad的三个时间点之间变化，分别用于臀部，膝部和踝关节。阻尼分别在1.9-4.6 nms / rad，0.02-0.14 nms / rad和0.2-2.4 nms / rad的0.02-0.14 nms / rad供应到0.2-2.4nms / rad。发达的洛普勒对不受干扰的行走模式具有可忽略的影响，并且允许在摆动阶段识别臀部，膝关节和踝关节阻抗。

外骨骼和矫形器是可穿戴移动系统，为用户提供机械益处。尽管在过去几十年中有重大改进，但该技术不会完全成熟，以便采用剧烈和非编程任务。为了适应这种功能不全，需要分析和改进该技术的不同方面。许多研究一直在努力解决外骨骼的某些方面，例如，机构设计，意向预测和控制方案。但是，大多数作品都专注于设计或应用的特定元素，而无需提供全面的审查框架。本研究旨在分析和调查为改进和广泛采用这项技术的贡献方面。为了解决此问题，在引入辅助设备和外骨骼后，将从物理人员 - 机器人接口（HRI）的角度来研究主要的设计标准。通过概述不同类别的已知辅助设备的几个例子，将进一步开发该研究。为了建立智能HRI策略并为用户提供直观的控制，将研究认知HRI。将审查这种策略的各种方法，并提出了意图预测的模型。该模型用于从单个电拍摄（EMG）通道输入的栅极相位。建模结果显示出低功耗辅助设备中单通道输入的潜在使用。此外，所提出的模型可以在具有复杂控制策略的设备中提供冗余。

Just like in humans vision plays a fundamental role in guiding adaptive locomotion, when designing the control strategy for a walking assistive technology, Computer Vision may bring substantial improvements when performing an environment-based assistance modulation. In this work, we developed a hip exosuit controller able to distinguish among three different walking terrains through the use of an RGB camera and to adapt the assistance accordingly. The system was tested with seven healthy participants walking throughout an overground path comprising of staircases and level ground. Subjects performed the task with the exosuit disabled (Exo Off), constant assistance profile (Vision Off ), and with assistance modulation (Vision On). Our results showed that the controller was able to promptly classify in real-time the path in front of the user with an overall accuracy per class above the 85%, and to perform assistance modulation accordingly. Evaluation related to the effects on the user showed that Vision On was able to outperform the other two conditions: we obtained significantly higher metabolic savings than Exo Off, with a peak of about -20% when climbing up the staircase and about -16% in the overall path, and than Vision Off when ascending or descending stairs. Such advancements in the field may yield to a step forward for the exploitation of lightweight walking assistive technologies in real-life scenarios.

从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力，而且在平衡恢复物质不可行时，也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人，例如人形机器人和辅助机器人设备，可帮助人类行走，设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务，因为它涉及用触点产生高维，非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面，但诸如广泛领域知识的要求，诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中，为了解决这些问题，我们开发基于学习的算法，能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策：人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示：1）学习人形机器人的安全下降和预防策略，2）使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标，我们介绍了一套深度加强学习（DRL）算法，以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。

脚踝推断在很大程度上有助于人类步行的肢体能量产生，从而使运动更加顺畅，更有效。向截肢者提供这项净积极工作需要积极的假体，但有可能实现更自然的辅助运动。为此，本文将运动的多连接模型与基于力的非线性优化控制器一起使用，以实现2个受试者的动力转换假体，以实现类似人类的运动学行为，包括脚踝推断。特别是，我们利用基于模型的控制方法进行动态的双足机器人步行，以开发一种系统的方法，以实现不需要特定于主体的调整的动力假体上的人类行走。我们首先综合一个优化问题，该问题产生类似于人类联合轨迹的步态，并通过基于控制Lyapunov函数的基于lyapunov函数的非线性控制器实现这些步态，从。所提出的控制器是针对两个受试者的假体实施的，而无需在受试者之间进行调整，从而模拟了假体关节的特定主体人类运动学趋势。这些实验结果表明，与传统方法相比，我们基于力的非线性控制方法可以更好地跟踪人类运动轨迹。

人类能够以显着的敏捷性和轻松的方式谈判计划和计划外行为。本文的目的是系统地研究这种人类行为向两足步行机器人的翻译，即使形态本质上不同。具体而言，我们从计划和计划外的下台开始的人类数据开始。我们从人类减少阶层建模的角度分析了这些数据，编码质量（COM）运动学和接触力的中心，这使这些行为将这些行为转化为双皮德机器人的相应降低阶模型。我们通过基于非线性优化的控制器将所得的行为嵌入了两足机器人的全阶动力学中。最终结果是在不足的步行机器人上模拟中计划和计划外的下台。

Legged robots pose one of the greatest challenges in robotics. Dynamic and agile maneuvers of animals cannot be imitated by existing methods that are crafted by humans. A compelling alternative is reinforcement learning, which requires minimal craftsmanship and promotes the natural evolution of a control policy. However, so far, reinforcement learning research for legged robots is mainly limited to simulation, and only few and comparably simple examples have been deployed on real systems. The primary reason is that training with real robots, particularly with dynamically balancing systems, is complicated and expensive. In the present work, we report a new method for training a neural network policy in simulation and transferring it to a state-of-the-art legged system, thereby we leverage fast, automated, and cost-effective data generation schemes. The approach is applied to the ANYmal robot, a sophisticated medium-dog-sized quadrupedal system. Using policies trained in simulation, the quadrupedal machine achieves locomotion skills that go beyond what had been achieved with prior methods: ANYmal is capable of precisely and energy-efficiently following high-level body velocity commands, running faster than ever before, and recovering from falling even in complex configurations.

本文描述了可以用于控制上限假体的人机界面的新框架。目的是从嘈杂的表面肌电图信号中估算人类的电动机意图，并在存在以前看不见的扰动的情况下，对假体（即机器人）执行电动机意图。该框架包括每个自由度的肌肉弯曲模型，一种学习用于估计用户电机意图的模型的参数值的方法，以及使用从肌肉模型获得的刚度和阻尼值来适应的可变阻抗控制器假体运动轨迹和动力学。我们使用人机界面的模拟版本在强大的人类的背景下进行实验评估我们的框架，以执行主要在手腕中攻击一种自由的任务，并以统一力场的形式考虑外部扰动这将手腕从目标上推开。我们证明我们的框架提供了所需的自适应性能，并且与数据驱动的基线相比，可以大大提高性能。

Animals run robustly in diverse terrain. This locomotion robustness is puzzling because axon conduction velocity is limited to a few ten meters per second. If reflex loops deliver sensory information with significant delays, one would expect a destabilizing effect on sensorimotor control. Hence, an alternative explanation describes a hierarchical structure of low-level adaptive mechanics and high-level sensorimotor control to help mitigate the effects of transmission delays. Motivated by the concept of an adaptive mechanism triggering an immediate response, we developed a tunable physical damper system. Our mechanism combines a tendon with adjustable slackness connected to a physical damper. The slack damper allows adjustment of damping force, onset timing, effective stroke, and energy dissipation. We characterize the slack damper mechanism mounted to a legged robot controlled in open-loop mode. The robot hops vertically and planar over varying terrains and perturbations. During forward hopping, slack-based damping improves faster perturbation recovery (up to 170%) at higher energetic cost (27%). The tunable slack mechanism auto-engages the damper during perturbations, leading to a perturbation-trigger damping, improving robustness at minimum energetic cost. With the results from the slack damper mechanism, we propose a new functional interpretation of animals' redundant muscle tendons as tunable dampers.

促进辅助（AAN）控制旨在通过鼓励患者积极参与促进机器人辅助康复的治疗结果。大多数AAN控制器使用阻抗控制来在目标运动周围创建柔性的力字段，以确保在允许中等运动错误的同时进行跟踪精度。然而，由于控制力场的形状的参数通常根据关于关于对象学习能力的简单假设在线手动调整或在线调整，因此可以限制传统AAN控制器的有效性。在这项工作中，我们提出了一种新颖的自适应AAN控制器，其能够根据每个单独的电动机能力和任务要求自动重塑力场以相位相关的方式重塑力场。该拟议的控制器包括使用路径积分算法的修改策略改进，一种无模型的采样的增强学习方法，该方法实时地学习了特定于主题的阻抗景观，以及嵌入AAN PARADIGM的分层策略参数评估结构通过指定性能驱动的学习目标。通过跑步机培训课程通过具有能够在动力踝足矫形器的协助学习改变的步态模式的跑步机培训课程，通过跑步机培训课程进行实验验证，拟议的控制策略及其促进短期运动适应能力的适应性。

虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。

我们通过在轮子上的光加权外骨骼提出了一个用于低体积受损的用户的个人移动装置。在其核心上，一种新型的被动外骨骼提供姿势过渡，利用自然身体姿势，该姿势在静坐的静止和静坐（STS）过渡时，通过单个气体弹簧作为储能单元，通过支撑架上的躯干。我们通过双轮线系统提出膝盖和髋关节的方向依赖性耦合，从躯干运动转移到膝关节致动器处的力矩负载来平衡躯干运动。在这里，外骨骼最大化能量转移和用户运动的自然。我们介绍了一个体现的用户界面，用于通过躯干压力感测通过躯干压力感测，导致平均$ 19 ^ {\ rIC} \ PM 13 ^ {\ rIC} $上六个未受害的用户。我们评估了11月11日未受害的用户在过渡期间观察动作和肌肉活动的STS帮助的设计。结果比较辅助和无归档的STS转型验证了涉及的肌肉群体的显着减少（高达68美元\％$ 5,01.01 $）。此外，我们通过自然躯干倾斜运动来显示它是可行的$ + 12 ^ {\ riC} \ pm 6.5 ^ {\ circ} $和$ - 13.7 ^ {\ rIC} \ pm 6.1 ^ {\ riC} $ staity和分别坐着。被动灾害迁移援助保证进一步努力提高其适用性和扩大用户人口。

系列弹性执行器（SEA）具有固有的合规性，可为机器人提供安全的扭矩来源，这些源是与各种环境相互作用的机器人，包括人类。这些应用对海体扭矩控制器有很高的要求，扭矩响应以及与其环境的相互作用行为。为了区分现有技术的扭矩控制器，这项工作正在引入统一的理论和实验框架，其基于它们的扭矩传递行为，表观阻抗行为，特别是表观阻抗的钝化性，即它们的相互作用稳定性，也是如此作为对传感器噪声的敏感性。我们比较经典的海上控制方法，如级联PID控制器和全状态反馈控制器，使用干扰观察者，加速反馈和适应规则，具有先进的控制器。仿真和实验证明了稳定的相互作用，高带宽和低噪声水平之间的折衷。基于这些权衡，可以基于与各个环境的所需交互来设计和调整特定于应用程序特定控制器。

精确和高保真力控制对于与人类和未知环境相互作用的新一代机器人至关重要。移动机器人（例如可穿戴设备和腿部机器人）也必须轻巧才能完成其功能。已经提出了静液压传输，作为满足这两个具有挑战性要求的有前途的策略。在以前的出版物中，结果表明，使用磁性执行器（MR）执行器与静水透射率相结合，可提供高功率密度和出色的开环人类机器人相互作用。尽管如此，传输动力学和非线性摩擦仍会降低低频和高频下的开环力保真度。这封信比较了MR-Hydrstortic执行器系统的控制策略，以增加其扭矩保真度，该扭矩屈服于带宽（测量得出的扭矩参考）和透明度（最小化在机器人背后反射到最终效应器的不需要的力）。开发了四种控制方法并通过实验进行比较：（1）具有摩擦补偿的开环控制； （2）非集中压力反馈； （3）压力反馈； （4）LQGI状态反馈。还实施了抖动策略来平滑球螺钉摩擦。结果表明，方法（1），（2）和（3）可以提高性能，但面临妥协，而方法（4）可以同时改善所有指标。这些结果表明，使用控制方案使用束缚架构来改善机器人的力控制性能的潜力，从而解决了传输动力学和摩擦等问题。

在机器人辅助设备上执行时产生稳定的行走GAIT，即在机器人 - 辅助设备上执行时是一个具有挑战性的任务，通常需要域专家手工调整。本文提出了一种替代方法，在那里我们提出直接进入步态生成过程的肌肉骨骼模型，以直观地塑造所产生的行为。特别是，我们构建一个多域混合系统模型，将系统动态与肌肉模型相结合，以代表自然多连接步行。然后可以通过混合零动态（HZD）方法为该模型生成可提供稳定的行走Gaits。我们通过实验应用我们的综合框架，朝着两项受试者实现了对双致动的转发假体，AMPRO3的多端运动。结果表明，强制执行肌肉模型约束产生产生自然运动的Gaits（通过与运动捕获数据和肌电图进行比较分析）。此外，与使用标称HZD方法产生的Gaits相比，不禁用假肢使用者强烈优选使用我们的框架产生的Gaits，即使使用系统调整方法也是如此。我们得出结论，将机器人行走方法（特别是HZD）与肌肉模型结合的新方法成功地产生了拟人机器人辅助运动。

人类的腿部运动受人体和神经控制的自然动态的控制。假定有助于人类行走效率高的一种机制是冲动的脚踝推断，它可能为挥杆腿弹射器提供动力。然而，尚不清楚人类下腿的机制，其复杂的肌肉弯曲单元跨越了单个关节和多个关节。腿部机器人允许在实际步行步态中测试复杂的腿力学，控制和环境之间的相互作用。我们开发了一个高0.49m，2.2千克的拟人化型双足机器人，带有比目鱼和甲壳虫肌肉弯曲单元，由线性弹簧代表，在机器人的踝关节和膝关节周围充当单型和二子弹性结构。我们测试了三个比目鱼和胃弹簧螺旋形构型对踝关节功率曲线的影响，踝关节和膝关节运动的协调，总运输成本和步行速度。我们用前馈中央模式发生器控制了机器人，在1.0Hz运动频率下，步行速度在0.35m/s和0.57m/s之间，腿长为0.35m。我们发现所有三种配置之间的差异。比目鱼弹簧刺刺调节机器人的速度和能量效率可能是通过踝关节放大的，而胃刺的弹簧螺旋体在推下时改变了脚踝和膝关节之间的运动配位。

在本文中，我们全能地提出了一种基于混合线性倒置的方法（H唇），用于合成和稳定3D足底双模行走，重点是彻底的硬件实现。提出了H-唇缘以捕获机器人行走的欠置和致动部分的基本组成部分。然后基于H唇直接合成机器人行走步态。我们全面地表征了H唇的周期性轨道，并通过其步骤 - 步骤（S2S）动力学可证明步骤稳定，然后用于近似于质量中心的水平状态的S2S动态（COM）机器人散步。近似设施基于H唇的步进控制器，提供所需的步长，以稳定机器人行走。通过实现所需的步骤尺寸，机器人实现了动态且稳定的行走。在欠扰动的BipeDal机器人Cassie的模拟和实验中完全评估了该方法，其展示了具有高通用和鲁棒性的动态行走行为。

Robotic teleoperation is a key technology for a wide variety of applications. It allows sending robots instead of humans in remote, possibly dangerous locations while still using the human brain with its enormous knowledge and creativity, especially for solving unexpected problems. A main challenge in teleoperation consists of providing enough feedback to the human operator for situation awareness and thus create full immersion, as well as offering the operator suitable control interfaces to achieve efficient and robust task fulfillment. We present a bimanual telemanipulation system consisting of an anthropomorphic avatar robot and an operator station providing force and haptic feedback to the human operator. The avatar arms are controlled in Cartesian space with a direct mapping of the operator movements. The measured forces and torques on the avatar side are haptically displayed to the operator. We developed a predictive avatar model for limit avoidance which runs on the operator side, ensuring low latency. The system was successfully evaluated during the ANA Avatar XPRIZE competition semifinals. In addition, we performed in lab experiments and carried out a small user study with mostly untrained operators.

人类能够在鲁棒性，多功能性和学习各种运动中的新任务方面超越机器人。我们假设高度非线性的肌肉动力学在提供固有的稳定性方面起着重要作用，这有利于学习。虽然在模拟和机器人技术中将现代学习技术应用于肌肉动态系统方面取得了最新进展，但到目前为止，尚未进行详细的分析以在这种情况下显示肌肉的好处。我们的研究通过研究核心机器人技术的挑战并比较不同执行器形态的性能，从数据效率，超参数灵敏度和鲁棒性进行比较。