Real-Time Assistive Control via IMU Locomotion Mode Detection in a Soft Exosuit: An Effective Approach to Enhance Walking Metabolic Efficiency

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作者
Xiao-Hui Zhang,Enrica Tricomi,Francesco Missiroli,Nicola Lotti,Lorenzo Masia
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-12
标识
DOI:10.1109/tmech.2023.3322269
摘要

In order to substantially improve human's walking endurance and energy economy, wearable assistive devices need to accurately recognize and timely adapt to different locomotion modes, such as ascending/descending stairs or level ground walking. In this work, we developed a control strategy for a soft hip exosuit entirely based on inertial measurement units (IMUs), able to online distinguish among three different walking patterns and optimally assist the user's gait phase. A time-delay compensation strategy was incorporated in the controller to promote high human-device synchronicity. The effectiveness of this control strategy was tested on healthy participants during overground walking consisting of a combination of staircases and level grounds. We found that the overall accuracy of the IMUs classification strategy based on human kinematics exceeded 90% for the three locomotion modes. Preliminary results showed that our assistive exosuit reduced the wearer's metabolic rate by 13.4% during walking when compared with an unpowered condition, and by 8.5% with respect to not wearing the exosuit at all. This work contributes to the development of compact high-performance lower-limb assistive technologies and their exploitation in real-world applications.
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