面向竞技训练的下肢外骨骼多模态交互系统研究

目前关注辅助下肢提升身体素质训练的可穿戴设备研究存在缺失,而外骨骼与虚拟现实的协同研究是近几年的新兴方向,多模态信息融合的外骨骼系统能有效优化训练效果和训练体验.因此,开发了一套面向竞技训练的下肢外骨骼多模态交互系统,不仅提供了丰富多样且标准规范的辅助训练,并且实现了多感官的沉浸体验.首先,设计一种多自由度分步动作规划方法,基于下肢运动动作点实现训练动作的复现.其次,提出下肢外骨骼多模态交互系统,通过虚拟现实竞技训练模拟器实现信息空间中规范动作的呈现与指示,构建动作数据集和下肢外骨骼机器人实现物理空间中基础训练的辅助与矫正.系统基于多模态交互执行策略,实时给予训练者视觉、听觉、触觉的多感官反馈,实现符合安全规范的沉浸体验.最后,通过系统功能与用户体验两项实验进行系统验证.功能性实验证明,与原有传统训练相比,该系统平均可提升动作准确率27.62％,且具有一定通用性.用户体验的实验结果表明,该系统功能符合设计预期,舒适性相对其他指标有待提高.