[發明專利]一種輔助手臂運動的系統

有效

• 申請號: 201811431002.0
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109498366B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 趙小燕;張慧敏;張朝暉;趙奕皓
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種輔助手臂運動的系統，其特征在于，包括：檢測模塊、控制模塊、執行機構和為所述檢測模塊、控制模塊、執行機構供電的電源模塊；其中，

所述檢測模塊，用于檢測用戶手臂的運動反饋信號；

所述控制模塊，用于對檢測到的用戶手臂的運動反饋信號進行解析，利用信號分離算法對解析結果進行濾波得到手臂的震顫信號，根據得到的手臂的震顫信號，利用前饋控制策略和PID控制器對所述執行機構進行控制，其中，PID控制器表示比例、積分、微分控制器；

所述檢測模塊包括：1個穿戴于手臂用于檢測手臂運動反饋信號的姿態傳感器和穿戴于手臂用于檢測手臂4個方向壓力的4個壓力傳感器；

所述姿態傳感器置于手臂的上方，并將所述姿態傳感器綁定于手臂上，4個所述壓力傳感器分別置于手臂的上方、下方、左側和右側；

所述姿態傳感器包括：角速度計、加速度計、磁力計、控制單元和藍牙單元；其中，所述角速度計用于測量X軸、Y軸、Z軸三個方向的角速度；所述加速度計用于測量X軸、Y軸、Z軸三個方向的加速度；所述磁力計用于測量X軸、Y軸、Z軸三個方向的地磁場數據；所述控制單元用于將三個軸向相關數據進行動力學解算與卡爾曼動態濾波，求解出用戶手臂當前的運動反饋信號，所述藍牙單元用于對運動反饋信號進行無線傳輸；

所述系統包括：電壓轉換電路；

所述控制模塊通過所述電壓轉換電路與所述壓力傳感器相連；

所述壓力傳感器為薄膜電阻式壓力傳感器；

所述系統還包括：與所述控制模塊相連的蜂鳴器模塊；

所述控制模塊，用于判斷壓力傳感器檢測到的手臂的壓力值是否大于預設的壓力閾值，若是，則控制蜂鳴器模塊進行報警；

所述執行機構為舵機聯動連桿結構；

所述執行機構包括：第一舵機、第二舵機和連桿機構；其中，第一舵機，用于實現手臂肘關節的屈伸動作；第二舵機，用于實現前臂內外方向旋轉動作；

所述系統還包括：緩沖器模塊以及光耦隔離模塊；

第一舵機通過第一緩沖器模塊和第一光耦隔離模塊與所述控制模塊的第一定時器輸出端相連；

第二舵機通過第二緩沖器模塊和第二光耦隔離模塊與所述控制模塊的第二定時器輸出端相連；

其中，第一定時器、第二定時器輸出的是脈沖寬度調制波輸出占空比；

所述控制模塊，用于對檢測到的用戶手臂的運動反饋信號進行解析，利用信號分離算法對解析結果進行濾波得到手臂的震顫角度；判斷控制模塊中的第四定時器的中斷時間是否達到第二預設時間，若達到，則將得到的手臂的震顫角度疊加到PID預設的運動角度上，判斷當前PID運動角度是否大于等于90度，或小于等于0度，若不是，則控制模塊根據當前的PID運動角度利用PID控制器計算、改變第一定時器、第二定時器的脈沖寬度調制波輸出占空比，將第一定時器、第二定時器輸出信號輸出到對應的舵機上；

所述控制模塊，還用于判斷控制模塊中的第三定時器的中斷時間是否達到第一預設時間，若達到，則PID預設的運動角度根據按鍵模式改變目標角度，判斷當前PID運動角度是否大于等于90度，或小于等于0度，若不是，則控制模塊根據當前的PID運動角度利用PID控制器計算、改變第一定時器、第二定時器的脈沖寬度調制波輸出占空比，將第一定時器、第二定時器輸出信號輸出到對應的舵機上。

2.根據權利要求1所述的輔助手臂運動的系統，其特征在于，所述系統包括：無線通信單元；

所述控制模塊通過所述無線通信單元與所述姿態傳感器進行無線通信。

3.根據權利要求1所述的輔助手臂運動的系統，其特征在于，所述信號分離算法為基于帶限線性傅里葉擬合預估的分離算法。