The Hardware

一副会施力
膝关节外骨骼

感知膝角,主动施力。
给独自康复的人,多一层引导与保护。

看它转一圈 了解康复研究
双 IMU 传感前端
大腿与小腿各一颗 IMU,ESP32-S3 双 I²C 总线同步采集膝角。
重力向量法膝角融合
零位校准 + 抗漂移,精度 R²≈0.97。
关节电机直驱
宇树 Go-M8010-6,RS485 / RIS 协议,上位机直驱。
三段式虚拟墙反馈
FREE — SOFT — WALL,50 Hz 闭环力反馈与安全急停。
0.97
膝角融合 R²(台架)
50Hz
力反馈闭环频率
2×IMU
双 I²C 总线同步
3 段
虚拟墙力反馈结构
At Home

在客厅,完成今天的训练

用户坐在客厅沙发上,右腿佩戴膝关节外骨骼进行坐姿屈伸训练
开合式腿环穿戴三步:打开穿入、FIDLOCK 磁吸扣合、旋转锁紧
Wearability

打开,扣上,一拧

大小腿环均为开合式结构:打开穿入,FIDLOCK 磁扣自动吸合,旋转即锁紧——术后屈膝受限、弯腰不便时,单手也能完成。磁吸是这副支具的统一设计语言:腿环如此,IMU 模块亦然。

Sensing & Fusion

准确感知,是施力的前提

传统单 IMU 角度估计在动态下漂移严重。使用双 IMU 与重力向量法重建膝关节屈曲角度,零位校准抵消装配误差,抗漂移特性保证长时训练稳定。

磁吸式 IMU 模块与支具框架上的对位触点:磁吸对位加 Pogo pin 触点,吸上即连,取下即走 框架触点 · 磁吸对位 IMU 模块 · JY901S
Magnetic IMU

支具退场后,感知留下

IMU 模块内置 JY901S 九轴传感器,通过磁吸对位 + Pogo pin 触点吸附在支具框架上——吸上即连,取下即走。进入后期功能期、不再需要电机主动助力时,它可吸附在绑带上作为独立穿戴传感器,继续记录膝关节角度——硬件形态也随康复阶段递减。

Architecture

四设备分工,各司其职

01 · Wearable

支具

采集 · 力反馈

双 IMU 采集膝角,关节电机输出力反馈——与身体接触的唯一终端。

02 · Host

Mac 上位机

运算 · 直驱

膝角融合与位置环运算,RS485 直驱电机;PyQt6 仪表盘实时监测与调参。

03 · Mobile

iPhone

交互界面

训练计划、阶段状态与总结回顾——屏幕作为反思通道,不在动作中打扰。

04 · Watch

Apple Watch

触觉提示

训练中的轻触觉反馈——安全事件多通道冗余的一环。

膝关节外骨骼侧面:宇树 Go-M8010-6 关节电机与膝关节同轴安装,上下连接开合式腿环 宇树 Go-M8010-6
Actuation

力,从这一颗关节输出

宇树 Go-M8010-6 关节电机与膝关节同轴直驱——无绳轮、无连杆,力的方向与屈伸完全一致。上位机经 RS485 / RIS 协议直接运行位置环,输出经三段虚拟墙调制:电机给出的是边界与引导,而不是替你完成动作。

FREE-SOFT-WALL 三段式虚拟墙工作原理:坐姿伸膝时,小腿经过自由段、缓冲段,被硬墙段安全约束
Force Feedback

FREE — SOFT — WALL

关节电机配合位置环,把屈膝角度空间切成三段:自由段无阻力、缓冲段阻力渐增、硬墙段强约束。角度墙始终略高于当日目标,既给挑战空间,又守住安全边界。任何主动施力都可被身体轻易抵抗。

阶段如何调节这堵墙
PyQt6 上位机实时监测仪表盘:电机角与 IMU 膝角双曲线、ROM 区状态与系统健康面板
Host & Telemetry

上位机实时监测与直驱

PyQt6 仪表盘承担电机直驱与力反馈调试:黄色电机角青色 IMU 膝角双曲线实时对比,FREE / SOFT / WALL 区状态随动作点亮,System Health 面板监控双 IMU、电机温度与漂移。

Safety by design

安全,是硬件层
和软件判定
共同守护的

虚拟墙与急停构成硬件底线,缓停与降阶构成软件判定。疼痛跨阈值即可单次触发保护——这是医学安全底线,不需累积。