[發(fā)明專利]一種用于外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610007299.2
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105596183A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王利鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 蕪湖歐凱羅博特機(jī)器人有限公司
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;G06F3/0346
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及姿態(tài)判斷領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)

第一個能動的外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人在20世紀(jì)60年代末和70年代初誕生于通用電氣（GE）和貝爾格萊德的MihajloPupin研究所。在通用電氣的哈迪曼項(xiàng)目是一個采用主從式控制系統(tǒng)、重達(dá)680公斤的大型全身式外機(jī)械骨骼。安全性和復(fù)雜性問題使其永遠(yuǎn)無法走路，甚至都不能穩(wěn)定移動它的腿。

貝爾格萊德外骨骼是一個旨在幫助截癱患者恢復(fù)的真人大小的外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人。和哈迪曼項(xiàng)目一樣，它連自身的電源都帶不動。貝爾格萊德外骨骼只能遵循預(yù)先設(shè)定的步行運(yùn)動，這極大地限制了它的用途。然而，這個項(xiàng)目所提出的零力矩點(diǎn)控制理論仍然應(yīng)用在類人機(jī)器人上。

1970年的嘗試以后，相對很少有人深入研究外機(jī)械骨骼。加州大學(xué)伯克利分校在1993年所作的一個項(xiàng)目是電力補(bǔ)充。類似于哈迪曼項(xiàng)目，這種全身式骨骼采用電驅(qū)動增強(qiáng)人的能力。雖然伯克利項(xiàng)目采用力傳感器來檢測和增強(qiáng)人的力，但是在步行方面只獲得有限的成就。

進(jìn)入21世紀(jì)，外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人的研究開始復(fù)蘇。在日本，神奈川技術(shù)研究所開發(fā)出一種全身“可穿戴動力服”，采用獨(dú)特的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動。它的三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)（膝、腰、肘）上的力通過測量相對應(yīng)的人體肌肉的硬度來控制。有限的驅(qū)動和缺乏便攜式電源限制了這種外機(jī)械骨骼（助力機(jī)器人）的應(yīng)用。

現(xiàn)有的外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人控制及信號采集方案有以下缺點(diǎn)：

1、對外力具有極高靈敏度的外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人響應(yīng)外力而不管它是否來自操縱者。例如，如果有人推一個具有較高的靈敏度外機(jī)械骨骼一下，它就會動起來就好像這個力來自它的操縱者。使外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人具有穩(wěn)定性并防止其因響應(yīng)外力而跌倒的關(guān)鍵取決于操縱者通過迅速移動（如后退或側(cè)身）為自己和外骨骼提供一個穩(wěn)定位置的能力。為此，外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人需要一個很寬的控制帶寬，以便能夠同時響應(yīng)操縱者自主和不自主的動作（即反射）。

2、現(xiàn)有的方案一種采用的是力傳感器，在一定程度上，是先需要人體對力傳感器有個作用力反饋，這一方面不可避免的造成人體與外機(jī)械骨骼產(chǎn)生輕微反作用力，給穿戴者造成不舒服的感覺。

3、另一種采用的是肌張力傳感器，現(xiàn)有的技術(shù)條件下，肌張力傳感器需要貼合人體，而且相應(yīng)速度比較慢，可能會造成測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人滯后的現(xiàn)象，造成穿戴的不舒適。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種反應(yīng)迅速且穿戴舒適的外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)，包括外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人本體，還包括手臂陀螺儀傳感器、腿部陀螺儀傳感器、背部陀螺儀傳感器和腰部陀螺儀傳感器，所述手臂陀螺儀傳感器設(shè)置在機(jī)械骨骼本體的手臂位置，腿部陀螺儀傳感器設(shè)置在外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人本體的大腿位置，背部陀螺儀傳感器設(shè)置在外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人本體的背部，腰部陀螺儀傳感器設(shè)置在外機(jī)械骨骼助力機(jī)器人本體的前腰部，所述手臂陀螺儀傳感器、腿部陀螺儀傳感器、背部陀螺儀傳感器和腰部陀螺儀傳感器設(shè)置在機(jī)械骨骼對應(yīng)部位并與總控CPU實(shí)時通訊。

優(yōu)選的，所述手臂陀螺儀傳感器包括右臂陀螺儀傳感器和左臂陀螺儀傳感器，所述右臂陀螺儀傳感器和左臂陀螺儀傳感器分別放置在機(jī)械骨骼本體的左右臂綁帶上。

優(yōu)選的，所述腿部陀螺儀傳感器包括右腿陀螺儀傳感器和左腿陀螺儀傳感器，所述右腿陀螺儀傳感器和左腿陀螺儀傳感器分別放置在在機(jī)械骨骼本體的左右腿上。

優(yōu)選的，所述機(jī)械骨骼本體設(shè)有輔助拐杖做為輔助系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述輔助拐杖扶手處設(shè)置輔助拐杖陀螺儀傳感器。

優(yōu)選的，所述機(jī)械骨骼本體的腳底部設(shè)有足底壓力傳感器。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能得到以下的有益效果：

本發(fā)明的姿態(tài)判斷裝置，行走過程中，借助陀螺儀傳感器（慣導(dǎo)）、和足底壓力傳感器等傳感設(shè)備來獲得機(jī)械骨骼本體和操作者的著力信息、運(yùn)動信息和位姿信息，之后利用微處理器進(jìn)行預(yù)處理，通過融合算法來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識別穿戴者的運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動意圖，對穿戴者的動作做出準(zhǔn)確的預(yù)判，然后傳輸?shù)娇偪谻PU，總控CPU即可對電機(jī)-液壓驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制指令，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測和控制的目的，對突發(fā)情況的判斷及預(yù)防起到很重要的作用，穿著舒適性也會大大提高。

附圖說明

下面對本說明書各附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作出簡要的說明：