[发明专利]外骨骼机器人的嵌入式系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人程序控制领域的系统，具体是一种外骨骼机器人的嵌入式系统。

背景技术

穿戴式外骨骼是一种融合了控制、传感和人机结合等技术的机器人，是目前机器人学中非常活跃的研究领域之一。它可被穿戴在操作者外部，提供支撑、运动、防护等功能。穿戴式外骨骼机器人不同于其它的机器人，它特殊的用途，特殊的人机协作关系决定了外骨骼机器人在设计与控制等方面具有特殊要求。外骨骼机器人需要配备很多的外部设备，如足底压力传感器、肢体接触力传感器、人体关节角度传感器、伺服电机，这些外部设备的信息需要集中处理，并要求系统实时、稳定、高效、可靠。另外，外骨骼机器人在预判人体肢体动作意图时，需要获取与人体动作相关的如肌电信号、关节角度信号等。为便于人穿戴、要求外骨骼机器人与传感信号处理系统之间采取无线技术实现信号的传输。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101612733，公开日2009-12-30，记载了一种分布式多传感器移动机器人系统，包括：采用数字媒体片上系统DMSoC双核处理器和定制的嵌入式系统构架来构建上层控制部；底层控制部由多个DSP单元组成；上层控制部与底层控制部的各个单元通过CAN总线相连，构成分布式控制网络，实现机器人功能单元的并行处理。但该技术的底层控制部的传感器采集单元与上层控制部的DSP内核直接连接或通过CAN总线与ARM内核连接，不能满足外骨骼机器人与人体传感信号处理系统之间的无线数据传输要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种外骨骼机器人的嵌入式系统，能够满足控制系统的设计要求，实现控制系统的小型化、模块化、并保证系统的高稳定性、实时性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种外骨骼机器人的嵌入式系统，包括：主控处理器、传感信号数字处理器DSP、蓝牙电路、若干传感器、CAN控制器、CAN总线收发器和执行驱动电路，其中：主控处理器分别与传感信号数字处理器和CAN控制器相互通讯，蓝牙电路的输入端和输出端分别与各个传感器和传感信号数字处理器相通讯，CAN总线收发器的接收端和发送端分别与CAN总线和CAN控制器相连，执行驱动电路与CAN总线相连。

所述的执行驱动电路包括：若干伺服驱动器、若干分别设于外骨骼机器人的左、右髋关节、膝关节以及踝关节的伺服电机，其中：各个伺服电机由一个对应的连接于CAN总线上的伺服驱动器控制。

所述的蓝牙电路包括：主电路和若干分别与各个传感器相通讯的从电路，其中：主电路和各个从电路相通讯，或者部分从电路与主电路直接通讯，其余部分的从电路与主电路由主从转换中继电路相通讯；其中：主电路包括设置于人体腰部位置的嵌入式处理器、主蓝牙收发器、主基带信号处理器、主数字无线处理电路、主数控振荡电路、主射频收发开关切换电路、片外扩展大容量RAM和串行通信UART，其中：嵌入式处理器分别与主基带信号处理器和片外扩展大容量RAM以及串行通信UART相通讯，串行通信UART与传感信号数字处理器DSP相通讯，主蓝牙收发器与主基带信号处理器相连，主数控振荡电路和主射频收发开关切换电路分别与主数字无线处理电路相连；从电路包括：从数字无线处理电路、从数控振荡电路、从射频收发开关切换电路、从蓝牙收发器和从基带信号处理器，其中：从数控振荡电路和从射频收发开关切换电路分别与从数字无线处理电路相连，从蓝牙收发器分别与从基带信号处理器和各个传感器相通讯，从基带信号处理器分别与从数字无线处理电路和各个主电路的嵌入式处理器相连。

所述的主控处理器包括：嵌入式主控微处理器、外围接口、看门狗、语音报警、电源管理、电池充电电路，其中：外围接口、看门狗、语音报警分别与嵌入式主控微处理器相连，嵌入式主控微处理器分别与传感信号数字处理器和CAN控制器相通讯，电源管理为所述的传感信号数字处理器、蓝牙电路、CAN控制器、CAN总线收发器分别提供合适的电源，电池充电电路为系统所需电池充电提供保护。

所述的传感信号数字处理器包括：数字信号处理器、SPI接口、UART接口，其中：SPI接口、UART接口分别与数字信号处理器相连，数字信号处理器通过SPI接口与所述的主控处理器相通讯，数字信号处理器通过UART接口与蓝牙电路的串行通信UART相连。