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龙图腾网获悉西北工业大学申请的专利一种基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115592690B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-16发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211312404.5，技术领域涉及：B25J13/00；该发明授权一种基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制装置及方法是由杨鹏飞;王凡杰;樊澳;赵文瑞;梁雯琦设计研发完成，并于2022-10-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制装置及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制装置及方法，所述控制装置包括IMU1、髋关节伺服电机2、膝关节伺服电机4、中央处理器5、嵌入式控制器6、电源模块7和摄像头8，所述IMU1置于装置的四个关节环处，所述髋关节伺服电机2和膝关节伺服电机4均置于装置等轴侧壁上，所述中央处理器5、嵌入式控制器6以及电源模块7均置于装置背面面板上，所述摄像头8独立于装置外且正对装置侧轴。本发明提出的外骨骼控制方法识别准确，预测精度高，可为使用者提供实时的、高强度的辅助力矩，可以帮助使用者恢复肌肉功能，以达到康复训练的目的。

本发明授权一种基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制方法，通过基于IMU和视频流的下肢外骨骼控制装置实现，控制装置包括IMU（1）、髋关节伺服电机（2）、膝关节伺服电机（4）、中央处理器（5）、嵌入式控制器（6）、电源模块（7）和摄像头（8），所述IMU（1）置于装置的四个关节环处，所述髋关节伺服电机（2）和膝关节伺服电机（4）均置于装置等轴侧壁上，所述中央处理器（5）、嵌入式控制器（6）以及电源模块（7）均置于装置背面面板上，所述摄像头（8）独立于装置外且正对装置侧轴，所述中央处理器（5）分别与IMU（1）、摄像头（8）和嵌入式控制器（6）通信连接，所述嵌入式控制器（6）同时与髋关节伺服电机（2）和膝关节伺服电机（4）通信连接，所述电源模块（7）分别与IMU（1）、髋关节伺服电机（2）、膝关节伺服电机（4）和中央处理器（5）、嵌入式控制器（6）和摄像头（8）电连接； 其特征在于，所述下肢外骨骼控制方法包括以下步骤： S1：利用IMU和视频流方式采集使用者的运动信息； S2：利用中央处理器将采集到的运动信息依据深度学习算法进行融合处理，生成嵌入式控制系统的输入信号； 所述S2中深度学习算法包括以下分步骤： S2-1：将摄像机采集的视频流数据输入到用于人体姿态估计的堆叠沙漏网络中获得人体下肢关键点的坐标，并计算得到关节角度； S2-2：将IMU采集的数据和基于视频流数据计算得到的关节角度按照一定的权重进行融合后输入至CNN-LSTM深度神经网络； S2-3：将融合的IMU数据和基于视频流数据计算得到的关节角度进行滤波和特征提取，利用CNN-LSTM深度神经网络判断当前时刻的运动状态及步态相位； S2-4：通过CNN-LSTM深度神经网络算法根据包括当前时刻T在内的前50ms数据预测T+1ms时刻的关节力矩和关节角度； S2-5：生成嵌入式控制系统的输入信号； 关节角度计算公式如下： 其中，向量、和分别为、和，、和均为关节点位置； 关节力矩计算公式如下： 其中，为大腿或小腿对质心的转动惯量，为大腿或小腿的角加速度，为第一关节力矩，为第二关节力矩，和分别为大腿或小腿远端水平和竖直方向作用力，和分别为大腿或小腿近端水平和竖直方向作用力，、、和分别为相关作用力关于质心的力臂； S3：将经中央处理器处理后的信号传输至嵌入式控制器进行信号转换； 所述S3中嵌入式控制器采用串级PID闭环控制算法，将利用深度学习算法预测得到的关节角度以及关节力矩作为嵌入式控制器的输入，利用位置控制器和力矩控制器控制电机运转； 串级PID闭环控制算法分为三环，位置控制器为第一环，速度控制器为第二环，力矩控制器为第三环，具体实现流程为：基于深度学习算法获得的期望关节角度以及期望关节力矩作为PID控制算法的输入，位置控制器根据期望角度θ控制电机的旋转角度，并以角度传感器监测的实际旋转角度θ1作为反馈进行实时调整以消除电机旋转角度的累积误差，速度环控制器根据位置增量计算出期望的转速ω，力矩控制器根据期望输出力矩M控制电机的输出力矩，并以力矩传感器监测的实际输出力矩M1作为反馈以进行实时调整以消除输出力矩的累积误差； S4：利用嵌入式控制器依据转换的信号控制关节伺服电机，电机输出辅助力矩和旋转角度； S5：利用关节伺服电机中的角度传感器和力矩传感器监测下肢外骨骼是否执行到目标位置并将执行状态反馈回中央处理器，如果未达到预期目标值，通过利用中央处理器对此次误差进行计算，并对下一次关节角度和关节力矩的预测值进行及时调整。

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