Lower limb exoskeletons (LLEs) are sets of mechanical devices used to support the action of human lower limbs. This recently developed technology has unprecedented potential in the construction industry by increasing the strength, endurance, and other physical capabilities of construction workers. For safety considerations, LLEs need reliable and responsive controllers to closely match their mechanical operation with human gait in a synchronous manner. This research proposes the use of physical human–robot interactive (pHRI) controllers that are suitable for construction tasks. The proposed pHRI integrates a gait trajectory-based musculoskeletal model with iterative control algorithms. To minimize the trajectory tracking error between LLEs and human lower limbs, the gait dynamic was modeled as a spring damping and impedance model for supporting and swing phases. An iterative adaptive controller was developed for trajectory tracking and predication. To validate the proposed model, an in-lab experiment to simulate typical construction activities was conducted, allowing us to assess tracking error. The experiment results suggest that the proposed model can minimize the trajectory tracking error to a level acceptable for safe operation. The iterative controllers allow fast error convergence for different construction scenarios with proper calibration. Therefore, the proposed pHRI iterative controllers are reliable and suitable for complicated activities within the dynamic working conditions intrinsic to construction sites.

中文翻译：

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基于步态轨迹的建筑工人下肢外骨骼交互式控制器

下肢外骨骼 (LLE) 是一组用于支持人体下肢活动的机械装置。这项最近开发的技术通过提高建筑工人的力量、耐力和其他身体能力，在建筑行业具有前所未有的潜力。出于安全考虑，LLE 需要可靠且响应迅速的控制器，以同步方式将其机械操作与人类步态紧密匹配。本研究建议使用适用于施工任务的物理人机交互 (pHRI) 控制器。所提出的 pHRI 将基于步态轨迹的肌肉骨骼模型与迭代控制算法相结合。为了最小化 LLE 和人体下肢之间的轨迹跟踪误差，步态动力学被建模为用于支撑和摆动阶段的弹簧阻尼和阻抗模型。开发了一种迭代自适应控制器用于轨迹跟踪和预测。为了验证所提出的模型，我们进行了模拟典型施工活动的实验室内实验，使我们能够评估跟踪误差。实验结果表明，该模型可以将轨迹跟踪误差最小化到安全运行可接受的水平。迭代控制器通过适当的校准允许不同施工场景的快速误差收敛。因此，所提出的 pHRI 迭代控制器是可靠的，适用于建筑工地固有的动态工作条件下的复杂活动。开发了一种迭代自适应控制器用于轨迹跟踪和预测。为了验证所提出的模型，我们进行了模拟典型施工活动的实验室内实验，使我们能够评估跟踪误差。实验结果表明，该模型可以将轨迹跟踪误差最小化到安全运行可接受的水平。迭代控制器通过适当的校准允许不同施工场景的快速误差收敛。因此，所提出的 pHRI 迭代控制器是可靠的，适用于建筑工地固有的动态工作条件下的复杂活动。开发了一种迭代自适应控制器用于轨迹跟踪和预测。为了验证所提出的模型，我们进行了模拟典型施工活动的实验室内实验，使我们能够评估跟踪误差。实验结果表明，该模型可以将轨迹跟踪误差最小化到安全运行可接受的水平。迭代控制器通过适当的校准允许不同施工场景的快速误差收敛。因此，所提出的 pHRI 迭代控制器是可靠的，适用于建筑工地固有的动态工作条件下的复杂活动。实验结果表明，该模型可以将轨迹跟踪误差最小化到安全运行可接受的水平。迭代控制器通过适当的校准允许不同施工场景的快速误差收敛。因此，所提出的 pHRI 迭代控制器是可靠的，适用于建筑工地固有的动态工作条件下的复杂活动。实验结果表明，该模型可以将轨迹跟踪误差最小化到安全运行可接受的水平。迭代控制器通过适当的校准允许不同施工场景的快速误差收敛。因此，所提出的 pHRI 迭代控制器是可靠的，适用于建筑工地固有的动态工作条件下的复杂活动。