[发明专利]一种康复机器人控制系统和方法

权利要求书

1.一种康复机器人控制系统，其特征在于，包括以下部分：人机接口设备（1）、上位机PC（2）、多轴运动控制器（4）、电机控制单元（5）、感知单元（6）和CAN总线（7），其中：

所述人机接口设备（1）通过串行通信总线RS232与所述上位机PC（2）相连，用于接收对机器人的操作指令并显示所述机器人反馈的信息；

所述上位机PC（2）作为所述康复机器人控制系统的主控制器，通过Ethernet通信总线与所述多轴运动控制器（4）相连；

所述多轴运动控制器（4）安装于所述机器人背部，通过所述CAN总线（7）与所述电机控制单元（5）和感知单元（6）分别相连，用于接收来自所述上位机PC（2）的数据，并通过所述CAN总线（7）向所述电机控制单元（5）发送控制指令，控制所述机器人各关节的运动；

所述电机控制单元（5）包括伺服电机驱动器（51）、直流无刷电机（52）和编码器（53），所述直流无刷电机（52）安装于所述机器人的膝关节和髋关节处，为所述关节运动提供驱动力，所述伺服电机驱动器（51）安装于所述机器人的背部，通过接收运动控制指令来控制所述直流无刷电机（52）转动，所述编码器（53）安装于所述直流无刷电机（52）的尾部，为所述伺服电机驱动器（51）反馈位置信号，所述伺服电机驱动器（51）自带CAN接口模块，连接在所述CAN总线（7）上，与所述多轴运动控制器（4）相连；

所述感知单元（6）包括传感器模块（61）和信号处理及信息融合模块（62），所述感知单元（6）通过CAN接口与所述多轴运动控制器（4）相连，向所述多轴运动控制器（4）提供反馈信号。

2.如权利要求1所述的康复机器人控制系统，其特征在于，还包括下肢外骨骼机械结构（3），包括以下部分：承重背心（31）、固定吊带（32）、传动减速齿轮（33）和（34）、谐波减速器（35）、外骨骼骨架（36）、编码器（37）、驱动电机（38）、大腿固定件（39）、小腿固定件（310）、脚踝被动转动轴（311）、脚部踏板（312），其中：

所述承重背心（31）与所述固定吊带（32）相连，用于安装所述多轴运动控制器（4）和所述电机控制单元（5）中的所述伺服电机驱动器（51），每个关节处安装有两个相同的直流无刷电机（38）组成的并联驱动结构，用于共同驱动所述关节；

所述直流无刷电机（38）的输出轴与所述传动减速齿轮（33）相连，所述传动减速齿轮（33）与（34）相连，然后再与谐波减速器（35）相连，使所述直流无刷电机（38）输出的转速经过传动减速齿轮（33）和（34），以及谐波减速器（35）两级减速后驱动关节转动；

所述大腿固定件（39）和所述小腿固定件（310），用于穿戴时固定，所述脚踝被动转动轴（311）用于为脚踝的运动提供自由度，所述脚部踏板（312）用于提供脚部的支撑。

3.如权利要求1或2所述的康复机器人控制系统，其特征在于，所述人机接口设备（1）具体包括以下部分：语音输入/输出模块（11）、语音识别模块（12），控制算法模块（13）和通信接口模块（14），其中，所述语音输入/输出模块（11）用于向机器人发送语音操作指令，或者输出所述机器人反馈的信息，所述语音识别模块（12）对所述语音操作指令或者反馈的信息进行识别得到数字指令，所述控制算法模块（13）将所述数字指令转化为控制指令，所述通信接口模块（14）通过RS232通信接口向所述上位机PC（2）发送所述控制指令。

4.如权利要求1或2所述的康复机器人控制系统，其特征在于，所述上位机PC（2）的PC操作系统下安装了RTX实时操作系统，作为与所述PC操作系统并列的实时子系统，用于在线实时检测所述机器人的姿态和关节转矩信息，并对所述机器人进行实时控制。

5.如权利要求1或2所述的康复机器人控制系统，其特征在于，所述感知单元（6）的传感器模块（61），包括足底压力传感器（610）、陀螺仪（611）和肌电电极（612）；所述信号处理及信息融合模块（62），包括数据采集卡（620）、滤波模块（621）、运算放大模块（622）以及对信号进行处理和信息融合的嵌入式微处理器（623）；其中，所述足底压力传感器（610）安装于所述脚部踏板（312），用于生成行走时脚底的压力信号，所述陀螺仪（611）用于检测所述机器人的姿态信息，所述肌电电极（612）用于采集并处理控制腿部运动的肌肉表面的电信号。