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基于改进时序卷积网络的膝关节力矩估计研究
卞雨威, 王琛
浙江理工大学
摘 要: 针对膝关节外骨骼任务无关控制对实时力矩估计的需求,提出一种基于多尺度特征融合深度可分离时序卷积网络(MSFF-DSTCN)的力矩估计方法。该模型融合深度可分离卷积、多尺度特征提取与通道注意力机制,仅利用髋、膝关节角度估计膝关节力矩。在11种日常活动数据集上,平均R2=0.69,RMSE=0.149 N·m/kg,模型大小5714 KB,推理时间3.9 ms。相比标准TCN,精度提升5.7%,模型压缩8%。消融实验验证了各模块的有效性。该方法在简化传感器配置下兼顾精度与效率,为外骨骼轻量化控制提供算法基础。
关键词: 膝关节力矩估计  任务无关控制  时序卷积网络  多尺度特征  深度可分离卷积
中图分类号: TP183    文献标识码: 
基金项目: 浙江省自然科学基金项目
Research on knee joint moment estimation based on improved temporal convolutional network
BianYuwei, WangChen
Zhejiang Sci-Tech University
Abstract: To address the demand for real-time moment estimation in task-agnostic knee exoskeleton control, this paper proposes a moment estimation method based on a Multi-Scale Feature Fusion Depthwise Separable Temporal Convolutional Network(MSFF-DSTCN). The model integrates depthwise separable convolutions, multi-scale feature extraction, and channel attention mechanisms to estimate knee moment using only hip and knee joint angles. On a dataset containing 11 daily activities, the method achieves an average R2 of 0.69, RMSE of 0.149 N·m/kg, a model size of 5714 KB, and an inference time of 3.9 ms per sequence. Compared with standard TCN, accuracy improves by 5.7% and model size reduces by 8%. Ablation studies validate the effectiveness of each module. The method balances accuracy and efficiency, providing an algorithmic foundation for lightweight exoskeleton control.
Keywords: knee moment estimation  task-agnostic control  temporal convolutional network  multi-scale features  depthwise separable convolution


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