[发明专利]一种用于外机械骨骼助力机器人的姿态判断系统

说明书

技术领域

本发明涉及姿态判断领域，具体地说，本发明涉及一种用于外机械骨骼助力机器人的姿态判断系统。

背景技术

第一个能动的外机械骨骼助力机器人在20世纪60年代末和70年代初诞生于通用电气（GE）和贝尔格莱德的MihajloPupin研究所。在通用电气的哈迪曼项目是一个采用主从式控制系统、重达680公斤的大型全身式外机械骨骼。安全性和复杂性问题使其永远无法走路，甚至都不能稳定移动它的腿。

贝尔格莱德外骨骼是一个旨在帮助截瘫患者恢复的真人大小的外机械骨骼助力机器人。和哈迪曼项目一样，它连自身的电源都带不动。贝尔格莱德外骨骼只能遵循预先设定的步行运动，这极大地限制了它的用途。然而，这个项目所提出的零力矩点控制理论仍然应用在类人机器人上。

1970年的尝试以后，相对很少有人深入研究外机械骨骼。加州大学伯克利分校在1993年所作的一个项目是电力补充。类似于哈迪曼项目，这种全身式骨骼采用电驱动增强人的能力。虽然伯克利项目采用力传感器来检测和增强人的力，但是在步行方面只获得有限的成就。

进入21世纪，外机械骨骼助力机器人的研究开始复苏。在日本，神奈川技术研究所开发出一种全身“可穿戴动力服”，采用独特的气动执行机构驱动。它的三个执行机构（膝、腰、肘）上的力通过测量相对应的人体肌肉的硬度来控制。有限的驱动和缺乏便携式电源限制了这种外机械骨骼（助力机器人）的应用。

现有的外机械骨骼助力机器人控制及信号采集方案有以下缺点：

1、对外力具有极高灵敏度的外机械骨骼助力机器人响应外力而不管它是否来自操纵者。例如，如果有人推一个具有较高的灵敏度外机械骨骼一下，它就会动起来就好像这个力来自它的操纵者。使外机械骨骼助力机器人具有稳定性并防止其因响应外力而跌倒的关键取决于操纵者通过迅速移动（如后退或侧身）为自己和外骨骼提供一个稳定位置的能力。为此，外机械骨骼助力机器人需要一个很宽的控制带宽，以便能够同时响应操纵者自主和不自主的动作（即反射）。

2、现有的方案一种采用的是力传感器，在一定程度上，是先需要人体对力传感器有个作用力反馈，这一方面不可避免的造成人体与外机械骨骼产生轻微反作用力，给穿戴者造成不舒服的感觉。

3、另一种采用的是肌张力传感器，现有的技术条件下，肌张力传感器需要贴合人体，而且相应速度比较慢，可能会造成测量数据不准确，出现外机械骨骼助力机器人滞后的现象，造成穿戴的不舒适。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反应迅速且穿戴舒适的外机械骨骼助力机器人。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于外机械骨骼助力机器人的姿态判断系统，包括外机械骨骼助力机器人本体，还包括手臂陀螺仪传感器、腿部陀螺仪传感器、背部陀螺仪传感器和腰部陀螺仪传感器，所述手臂陀螺仪传感器设置在机械骨骼本体的手臂位置，腿部陀螺仪传感器设置在外机械骨骼助力机器人本体的大腿位置，背部陀螺仪传感器设置在外机械骨骼助力机器人本体的背部，腰部陀螺仪传感器设置在外机械骨骼助力机器人本体的前腰部，所述手臂陀螺仪传感器、腿部陀螺仪传感器、背部陀螺仪传感器和腰部陀螺仪传感器设置在机械骨骼对应部位并与总控CPU实时通讯。

优选的，所述手臂陀螺仪传感器包括右臂陀螺仪传感器和左臂陀螺仪传感器，所述右臂陀螺仪传感器和左臂陀螺仪传感器分别放置在机械骨骼本体的左右臂绑带上。

优选的，所述腿部陀螺仪传感器包括右腿陀螺仪传感器和左腿陀螺仪传感器，所述右腿陀螺仪传感器和左腿陀螺仪传感器分别放置在在机械骨骼本体的左右腿上。

优选的，所述机械骨骼本体设有辅助拐杖做为辅助系统。

优选的，所述辅助拐杖扶手处设置辅助拐杖陀螺仪传感器。

优选的，所述机械骨骼本体的脚底部设有足底压力传感器。

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：

本发明的姿态判断装置，行走过程中，借助陀螺仪传感器（惯导）、和足底压力传感器等传感设备来获得机械骨骼本体和操作者的着力信息、运动信息和位姿信息，之后利用微处理器进行预处理，通过融合算法来进行数据分析，识别穿戴者的运动状态和运动意图，对穿戴者的动作做出准确的预判，然后传输到总控CPU，总控CPU即可对电机-液压驱动系统发出自适应协调控制指令，实现实时监测和控制的目的，对突发情况的判断及预防起到很重要的作用，穿着舒适性也会大大提高。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：