程世浩
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全部项目

量产系统 + 科研工作
整体脉络

从人体运动建模到落地的可穿戴机器人

我的项目围绕一条清晰的技术主线展开：理解人体运动，将这种理解转化为实时控制，并在真实可用的系统中验证它。这些工作横跨 Moonwalkers 机器人鞋和主动式假肢，但核心问题是一致的：可穿戴机器人需要感知人的运动，判断人的意图，适应不同环境，并在理想实验条件之外保持可靠。

  1. 01 建模
  2. 02 控制
  3. 03 意图
  4. 04 安全
  5. 05 个性化
  6. 06 落地部署

产品级运动系统

将可穿戴机器人控制转化为已落地的产品。

量产

ShiftOS：Moonwalkers 机器人鞋的实时控制系统

面向 Moonwalkers 机器人鞋的步态感知、地形响应、自适应制动和嵌入式运动控制。

  • 步态感知、自适应制动和地形感知响应进入真实用户工作流。
  • 低延迟转换、运行时安全兜底逻辑和安全约束针对部署场景进行了可靠性强化。
实时控制 机器人鞋 步态检测 地形响应

连续运动控制

建模人体运动，并将其转化为连续、实时的控制。

科研

面向连续运动控制的转换运动学模型

IEEE TMRB 2022

连接步行、楼梯运动和步行–楼梯转换的凸组合运动模型。

  • 将步态建模为稳态运动的凸组合
  • 无离散模式切换的平滑活动过渡
运动学建模 状态转换 生物力学
科研

连续运动转换的相位变量控制

IEEE TNSRE 2024 · IROS 2023 最佳学生论文奖

在主动式膝踝假肢上验证的平滑步行–楼梯转换控制。

  • 相位对齐的参考轨迹生成
  • 覆盖多种跨腿转换场景
相位变量控制 楼梯 人体实验
科研

面向可穿戴运动辅助的连续阻抗控制

IEEE TNSRE 2026

主动式假肢在步行–楼梯转换中的支撑阶段行为自适应。

  • 支撑相阻抗在整个步态周期内连续混合
  • 在动力膝踝假肢上完成人体受试验证
阻抗控制 相位变量 步行–楼梯
科研

日常活动循环中的主动式假肢耐力评估

IEEE IROS 2023

在反复坐站、步行、坡道和楼梯任务中评估持续运动能力。

  • 统一坐立、平地、坡道与楼梯的中层控制
  • 在单被试案例研究中完成的总圈数达两倍以上
耐力 中层控制 人体实验

意图识别、安全与自适应

识别用户意图、加入安全感知，并降低个性化负担。

科研

面向可穿戴机器人的可解释意图识别

IEEE T-RO 2025

基于生物力学运动特征的 ICF 实时活动识别方法。

  • 生物力学可解释特征，无黑箱嵌入
  • 实时分类（<5 ms），双侧步态估计
意图识别 ICF 实时机器学习
科研

面向可穿戴机器人的环境感知安全反应

IEEE TBME 2024 · 特色文章

楼梯和障碍场景中的实时绊脚风险预测与摆动轨迹调整。

  • 与连续控制兼容的安全干预
  • 多传感器输入（运动学 + 距离）
安全 趾端绊碰避免 安全感知控制
科研

基于回放约束仿真的假肢控制器安全个性化

评审中

一个回放约束的 MuJoCo 仿真框架，在真实用户测试前对个性化的膝–踝阻抗控制器进行排名筛选。

  • 初步结果：最佳硬件控制器落在仿真排名前列的候选之中
  • 相比未个性化基线，仿生奖励提升 42–59%（初步结果，投稿中）
回放约束仿真 MuJoCo 阻抗个性化
科研

面向可穿戴机器人的共享控制界面

IEEE EMBC 2025

基于智能手表手势和触觉反馈的用户主动模式控制。

  • 四种步行模式映射至滑动手势
  • 振动触觉确认反馈，TCP 通信连接假肢控制器
共享控制 人机交互 触觉反馈

专利申请与备案

已提交和待审的知识产权，覆盖可穿戴机器人控制、机器人鞋、主动式假肢安全、活动识别和用户交互界面。
4 项专利申请与备案

覆盖可穿戴机器人系统的已提交和待审知识产权。

机器人鞋 控制与部署
假肢安全 障碍物避免
活动识别 意图分类
可穿戴交互 用户交互
查看完整专利申请列表
  • 代步装置的控制方法、电子设备及存储介质 Shihao Cheng, Xunjie Zhang. 中国专利申请公布 CN121704448A，2026。待审。
  • Powered Lower Limb Assistive Device with Obstacle Avoidance. Robert D. Gregg, Shihao Cheng, Curt A. Laubscher. 国际专利申请公布 WO2025111601A1，2025。
  • Powered Prosthesis and Activity Classifier. Robert D. Gregg, Shihao Cheng, Curt A. Laubscher. 美国临时专利申请 63/715,397 / 国际专利申请 PCT/US2025/053837，2024–2025。
  • Limb-Assistive Device and System with User-Wearable Interface. Robert D. Gregg, Amy E. Lang, Curt A. Laubscher, Shihao Cheng. 美国临时专利申请 63/839,889，2025。
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