[發明專利]外骨骼機器人的嵌入式系統

有效

• 申請號: 201410020994.3
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103722550A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 劉大生;顏國正;王志武
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種機器人程序控制領域的系統，具體是一種外骨骼機器人的嵌入式系統。

背景技術

穿戴式外骨骼是一種融合了控制、傳感和人機結合等技術的機器人，是目前機器人學中非常活躍的研究領域之一。它可被穿戴在操作者外部，提供支撐、運動、防護等功能。穿戴式外骨骼機器人不同于其它的機器人，它特殊的用途，特殊的人機協作關系決定了外骨骼機器人在設計與控制等方面具有特殊要求。外骨骼機器人需要配備很多的外部設備，如足底壓力傳感器、肢體接觸力傳感器、人體關節角度傳感器、伺服電機，這些外部設備的信息需要集中處理，并要求系統實時、穩定、高效、可靠。另外，外骨骼機器人在預判人體肢體動作意圖時，需要獲取與人體動作相關的如肌電信號、關節角度信號等。為便于人穿戴、要求外骨骼機器人與傳感信號處理系統之間采取無線技術實現信號的傳輸。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN101612733，公開日2009-12-30，記載了一種分布式多傳感器移動機器人系統，包括：采用數字媒體片上系統DMSoC雙核處理器和定制的嵌入式系統構架來構建上層控制部；底層控制部由多個DSP單元組成；上層控制部與底層控制部的各個單元通過CAN總線相連，構成分布式控制網絡，實現機器人功能單元的并行處理。但該技術的底層控制部的傳感器采集單元與上層控制部的DSP內核直接連接或通過CAN總線與ARM內核連接，不能滿足外骨骼機器人與人體傳感信號處理系統之間的無線數據傳輸要求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種外骨骼機器人的嵌入式系統，能夠滿足控制系統的設計要求，實現控制系統的小型化、模塊化、并保證系統的高穩定性、實時性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種外骨骼機器人的嵌入式系統，包括：主控處理器、傳感信號數字處理器DSP、藍牙電路、若干傳感器、CAN控制器、CAN總線收發器和執行驅動電路，其中：主控處理器分別與傳感信號數字處理器和CAN控制器相互通訊，藍牙電路的輸入端和輸出端分別與各個傳感器和傳感信號數字處理器相通訊，CAN總線收發器的接收端和發送端分別與CAN總線和CAN控制器相連，執行驅動電路與CAN總線相連。

所述的執行驅動電路包括：若干伺服驅動器、若干分別設于外骨骼機器人的左、右髖關節、膝關節以及踝關節的伺服電機，其中：各個伺服電機由一個對應的連接于CAN總線上的伺服驅動器控制。

所述的藍牙電路包括：主電路和若干分別與各個傳感器相通訊的從電路，其中：主電路和各個從電路相通訊，或者部分從電路與主電路直接通訊，其余部分的從電路與主電路由主從轉換中繼電路相通訊；其中：主電路包括設置于人體腰部位置的嵌入式處理器、主藍牙收發器、主基帶信號處理器、主數字無線處理電路、主數控振蕩電路、主射頻收發開關切換電路、片外擴展大容量RAM和串行通信UART，其中：嵌入式處理器分別與主基帶信號處理器和片外擴展大容量RAM以及串行通信UART相通訊，串行通信UART與傳感信號數字處理器DSP相通訊，主藍牙收發器與主基帶信號處理器相連，主數控振蕩電路和主射頻收發開關切換電路分別與主數字無線處理電路相連；從電路包括：從數字無線處理電路、從數控振蕩電路、從射頻收發開關切換電路、從藍牙收發器和從基帶信號處理器，其中：從數控振蕩電路和從射頻收發開關切換電路分別與從數字無線處理電路相連，從藍牙收發器分別與從基帶信號處理器和各個傳感器相通訊，從基帶信號處理器分別與從數字無線處理電路和各個主電路的嵌入式處理器相連。

所述的主控處理器包括：嵌入式主控微處理器、外圍接口、看門狗、語音報警、電源管理、電池充電電路，其中：外圍接口、看門狗、語音報警分別與嵌入式主控微處理器相連，嵌入式主控微處理器分別與傳感信號數字處理器和CAN控制器相通訊，電源管理為所述的傳感信號數字處理器、藍牙電路、CAN控制器、CAN總線收發器分別提供合適的電源，電池充電電路為系統所需電池充電提供保護。

所述的傳感信號數字處理器包括：數字信號處理器、SPI接口、UART接口，其中：SPI接口、UART接口分別與數字信號處理器相連，數字信號處理器通過SPI接口與所述的主控處理器相通訊，數字信號處理器通過UART接口與藍牙電路的串行通信UART相連。