[發明專利]基于多源傳感器的搬運裝配全身外骨骼系統及控制方法

有效

• 申請號: 202110278782.5
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113043248B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 吳晗;王斐
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;A61B5/389;A61B5/103;A61B5/11
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明提供了基于多源傳感器的搬運裝配全身外骨骼系統及控制方法；該方法包括：外骨骼行走階段通過檢測穿戴者下肢的肌電信號和足底壓力信號作為外骨骼初始運動信號的決策指令，中央處理器開始接收姿態傳感器數據輸出既定步態，行走過程中檢測人機交互力，采用導納控制算法輸出位置補償，達到人機協作一體化。外骨骼裝配過程采用肌肉電信號驅動上臂運動，結合激光傳感器實現精確定位裝配。本發明可以讓外骨骼準確感知人體運動意圖，實現更強的人機協作運動，最后完成精度更高的裝配，進而使用戶穿戴外骨骼完成更好的助力，提高穿戴者的用戶體驗度。

技術領域

本發明屬于全身外骨骼機器人感知控制技術領域，具體涉及一種全身外骨骼機器人通過多源傳感器識別穿戴者運動狀態輔助穿戴者完成搬運的系統及控制方法。

背景技術

盡力保障勞動生產工作人員的身體健康逐漸成為保障民生的重要部分。工業裝配領域存在快節奏、高度重復以及費力的手部工作，裝配工人往往需要以非中性的身體姿勢去操縱工具，其肌肉骨骼會受到一些來自外部的機械壓力和振動沖擊，這些都將誘發與工作相關肌肉骨骼系統疾病。同時在狹窄的工作環境中，搬運物體的機械臂等設備往往不能進入，造成了不得不花費大量人力物力去解決搬運裝配問題。

外骨骼機器人作為一款人機協作一體化機器人，為人體提供助力，增強人體機能，強化肢體力量，大幅度提高穿戴者的負重能力，拓寬穿戴者的工作范圍。外骨骼機器人目前尚存在較多的困難與挑戰，特別是人體運動意圖的自主辨識和基于人機交互的柔順控制這兩個問題成為外骨骼亟待解決的問題。同時，現有外骨骼缺乏裝配能力，只能承擔負載承重任務，無法感知外骨骼與裝配點的之間的位置聯系，不能將工件精準裝入裝配到指定地點，成為外骨骼發展道路上又一亟待解決的問題。

發明內容

為了幫助減輕裝配工人的工作負荷，保護裝配工人肌肉骨骼，減少裝配工人肌肉骨骼累積損傷，本發明提出了一種基于多源傳感器的搬運裝配全身外骨骼系統及控制方法。在設計外骨骼機械結構的基礎上，設計一套基于多源傳感器的全身外骨骼感知系統，制定外骨骼感知系統與外骨骼控制系統之間的通訊協議，著力解決外骨骼人體意圖自主識別、人機協調柔順控制和外骨骼裝配精準度的問題。外骨骼機器人作為典型的人機協作機器人，本發明通過采集人體的各類運動信號以及人體表面肌電信號完成人機協同運動。利用外骨骼自身可承載物體負重屬性，完成基于外骨骼的搬運控制。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于多源傳感器的搬運裝配全身外骨骼系統，包括中央控制器，置于全身外骨骼背部控制箱內，用于處理底層傳感器發來的數據信息；

足底壓力信息采集模塊，置于全身外骨骼腳部，用于判斷外骨骼行走中的步態相序；

肌電信號采集模塊，置于穿戴者上肢和下肢，用于與足底信息采集模塊共同判斷外骨骼行走中的步態相序；

姿態信息采集模塊，置于穿戴者下肢，用于采集穿戴者關節角度步態信息，為外骨骼機器人提供運動信息輸入；

交互力采集模塊，置于外骨骼下肢，用于檢測外骨骼與穿戴者人機之間交互力，判斷人機之間的柔順性；

位置定位模塊，置于裝配孔四周，用于實施檢測外骨骼與裝配孔之間的位置信息，完成精確定位；