[发明专利]一种基于多传感器融合的外骨骼机器人测距智能鞋系统

说明书

技术领域

本发明属于机器人康复医疗领域，涉及一种用于机器人的智能鞋系统，尤其涉及一种基于多传感器融合的外骨骼机器人测距智能鞋系统。

背景技术

机器人技术的发展已有几十年的历史，通过技术的不断革新，近几年机器人技术有了质的飞跃，使其变得越来越智能，外骨骼机器人是一种高度智能的人机耦合体，在康复医疗领域有着广阔的应用前景。通过不断的创新发展，外骨骼机器人能帮助截瘫患者站立行走，有效的摆脱截瘫患者对轮椅的高度依赖，从身体上，使患者能像正常人一样行走，通过日常生活的行走运动锻炼，使患者得到一定程度的康复，缓解病情的进一步加深，给患者带来了福音。不仅如此，更重要的是从心里上，让患者也站起来了，使他们对生活又重新充满了希望。

各种功能的传感器是外骨骼机器人的“五官”，安装在外骨骼足部的压力传感器能“感受”外骨骼当前的受力情况，通过测量压力传感器的变化能识别外骨骼当前的运动状态及重心参数变化情况；安装在外骨骼足部的超声波传感器和红外传感器能测量外骨骼前方是否有障碍物，检测障碍物距外骨骼的距离，为后续外骨骼控制措施提供距离信息，避免因外骨骼盲走而撞上障碍物造成事故。为避免此类事故的发生，本发明旨在提供一种基于多传感器融合的外骨骼机器人测距智能鞋系统。

在本领域中，已公开的专利号为CN 104865965 A 的名为“机器人用深度摄像头与超声波结合的避障控制方法与系统”的专利，该系统安装在机器人上的测距传感器有深度摄像头和超声波模块，深度摄像头拍摄0.3～4m以内的深度图像，超声波模块测量0～0.3m以内是否有障碍物，在深度摄像头与超声波模块联合使用中，深度摄像头每次会转动一定角度拍摄深度图像，通过多次旋转来实现360度拍摄，然后通过计算处理判断是否有障碍物，此系统除深度摄像头和超声波模块之外还有处理模块，显示屏等，该发明能无盲区探测，能有效避开障碍物。但是，该发明也有一些不足之处：

（1）该发明采用深度摄像头拍摄周围深度图像，深度摄像头体积相对较大，重量相对较重；

（2）该发明采用深度摄像头拍摄周围深度图像，图像的数据量较大，处理速度较慢，对处理器的要求较高；

（3）该发明深度摄像头和超声波模块联合使用探测周围是否有障碍物，没有指明机器人是否是人形机器人，没有探测人形机器人行走过程中脚步离开地面的距离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多传感器融合的外骨骼机器人测距智能鞋系统，结构简单，可靠性好，实用价值高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于多传感器融合的外骨骼机器人测距智能鞋系统，包括鞋体，鞋体上安装有控制装置、至少一个第一检测装置、至少一个第二检测装置和至少一个第三检测装置；所述第一检测装置，用于检测外骨骼机器人在行走过程中的足部压力；所述第二检测装置，用于向鞋体前方发出第一信号，并接收反射回来的第一反射信号；所述第三检测装置，用于在外骨骼机器人行走过程中向鞋体下方发出第二信号，并接收反射回来的第二反射信号；所述控制装置，用于根据第一反射信号检测鞋体前方是否有障碍物、以及障碍物距离鞋体的距离；用于根据第二反射信号检测鞋体距离地面的距离、地面是否有障碍物、以及障碍物距离鞋体的距离。

所述鞋体从上至下包括上层、中间层和底层，所述第一检测装置设置在中间层和底层之间。

所述上层为金属层，所述中间层和底层为塑料层。

所述中间层底部开有沉孔，沉孔内放置有采压垫圈，采压垫圈的一端与第一检测装置的一端接触，采压垫圈和第一检测装置彼此接触的截面形状相同，采压垫圈的高度大于沉孔的深度。

所述控制装置包括微控制器蜂鸣器和电源；所述微控制器，用于根据第一反射信号检测鞋体前方是否有障碍物、以及障碍物距离鞋体的距离；用于根据第二反射信号检测鞋体距离地面的距离、地面是否有障碍物、以及障碍物距离鞋体的距离；用于判断障碍物距离鞋体的距离是否小于第一阈值、以及判断电源的电压是否小于第二阈值。所述电源，用于为微控制器、蜂鸣器、第一检测装置、第二检测装置和第三检测装置供电；所述蜂鸣器，用于在障碍物距离鞋体的距离小于第一阈值、或电源的电压小于第二阈值时进行报警。

所述控制装置还包括通信装置，通信装置与微控制器连接。

所述通信装置包括串口通信装置、CAN通信装置和无线通信装置。