[發明專利]一種助行機器人及組合式智能控制方法

有效

• 申請號: 201710349883.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107015564B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 黃劍;曹浩;熊蔡華;陶春靜;晏箐陽
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;A61H3/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

1.一種助行機器人，其特征在于，包括：手柄（1）、半圓弧機構（2）、球關節（3）、半U型架（4）、機器人軀干（5）、外展式支撐結構（6）、全向底盤（7）；

所述手柄（1）用于使用者握扶，傳遞用戶運動意圖；所述半圓弧機構（2）用于防跌倒緩沖和人機交互時的高度與角度調節；所述球關節（3）用于驅動半圓弧機構（2）運動；所述半U型架（4）用于使用者前臂支撐；所述機器人軀干（5）用于實現數據的采集、數據的處理、數據的傳輸和運動控制；所述外展式支撐結構（6）用于防護向后跌倒；所述全向底盤（7）用于帶動機器人360°全向運動；

當采用兩臺所述助行機器人組合使用時，通過所述球關節、半U型架（4）和外展式支撐結構（6）的配合，幫助用戶實現站-坐-站的姿態循環變換。

2.如權利要求1所述的助行機器人，其特征在于，所述半圓弧機構（2）包括：急停開關、法蘭盤和六維力傳感器；

所述急停開關位于右上側，用于突發或意外情況下停止機器人的運動；所述法蘭盤與所述球關節（3）和所述六維力傳感器相連；所述六維力傳感器與所述機器人軀干（5）相連，用于測量用戶握手柄的力數據。

3.如權利要求1所述的助行機器人，其特征在于，所述機器人軀干（5）包括：全向底盤控制板、全向底盤驅動板、鋰電池電壓控制板、數據采集模塊、微電腦、鋰電池、激光測距儀、槽型架、伸縮桿、兩側側板、底部隔板、中間隔板、上部隔板和后部側板；

兩根伸縮桿固定在兩側側板上，且伸縮桿可調節長度；

兩側側板與后部側板、中間隔板、上部隔板及底部隔板固連；

上部隔板上固定有全向底盤控制板和全向底盤驅動板、鋰電池電壓控制板，全向底盤控制板與微電腦和全向底盤驅動板相連，接收微電腦的分析處理后的數據，向全向底盤驅動板傳輸對應的PWM波，全向底盤驅動板輸出電壓給電機，控制電機運動的速度和方向，而鋰電池電壓控制板與鋰電池、全向底盤控制板和全向底盤驅動板相連，用于將鋰電池電壓轉換為24V電壓，對全向底盤控制板和全向底盤驅動板進行供電；

中間隔板上固定有微電腦和數據采集模塊，數字采集模塊接收調理電路處理后的力數據，傳輸給微電腦，微電腦用于實現數據的收集、處理和分發；

底部隔板上固定有鋰電池和激光測距儀，鋰電池用于提供機器人的電源輸入，激光測距儀與微電腦相連，用于測量腿部數據用以識別用戶運動意圖，同時測量兩機器人的位置和速度差用以實現跟隨和協同運動模式。

4.如權利要求3所述的助行機器人，其特征在于，所述外展式支撐結構（6）包括：電動氣缸，支架和全向輪；所述電動氣缸和所述支架與機器人軀干（5）的后部側板相連接，所述電動氣缸用于控制外展式支撐機構（6）的收疊和展開。

5.如權利要求1所述的助行機器人，其特征在于，所述全向底盤（7）與機器人軀干（5）底部中心相連，所述全向底盤（7）固定架成“Y”型，相互夾角成120°。

6.一種基于權利要求3所述的助行機器人的智能控制方法，采用兩個助行機器人，實現跟隨式運動模式；其特征在于，包括下述步驟：

S11：當獲得使用者的運動意圖時，主機器人中的半弧形結構（2）上的六維力傳感器產生力數據，經過機器人軀干（5）的調理電路數據調理，傳輸給數據采集模塊，然后通過USB傳輸給微電腦，微電腦經過串口將數據傳輸給全向底盤控制板，全向底盤控制板產生PWM波發送給全向底盤驅動板，電機工作，全向輪轉動，主機器人按使用者意圖運動；

S12：通過從機器人軀干（5）的激光測距儀檢測主機器人與從機器人之間的實時速度和運動方向的差；

S13：從機器人中運動控制系統根據所述實時速度和運動方向的差進行位置和速度的補償校正，使得從機器人運動與主機器人保持一致，實現雙機器人跟隨式運動。