[发明专利]基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统

权利要求书

1.基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统,其特征在于，包括关节力矩传感器，关节角度传感器，硬件平台与软件平台，电机驱动模块，人机交互界面和外骨骼机械手，

关节力矩传感器用于采集外骨骼机械手关节的转动力矩，

关节角度传感器用于采集外骨骼机械手关节的转动角度，

系统硬件平台采用功能模块化的方法进行搭建，包括基于串行外设接口（SPI）总线的数据采集模块和电机控制模块、供电及电源管理模块、系统平台，

关节力矩传感器将采集到外骨骼关节的力矩信息通过信号调理电路将信息传给数据采集模块，

关节角度传感器将采集到的外骨骼关节转动的角度信息通过信号调理电路将信息传给数据采集模块，

硬件平台与软件平台用于处理康复外骨骼机械手的的实现，

结合硬件平台，软件平台采用分级并行竞争控制结构，

人机交互界面使用户能够按照康复模式采用被动康复方式或者半被动康复方式，通过游戏的方式进行手部康复训练。

2.根据权利要求1所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征在于，所述关节力矩传感器为基于应变测量原理设计的应变式传感器。

3.根据权利要求2所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征在于，所述传感器的弹性体和康复机械手的机构本体融合在一起，所述弹性体是悬臂梁结构，由硬铝ZA12制成，所述关节力矩传感器的调解电路为两个应变片组成半桥电路，经过放大电路得到所需信号，并传输给数据采集模块。

4.根据权利要求1所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征在于，所述关节角度传感器采用双轴霍尔传感器2D-VH-11，永久磁铁产生的磁场平行于2D-VH-11的表面，通过调理电路将外骨骼关节的转动角度数据传输给数据采集模块。

5.根据权利要求1所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征在于，硬件平台采用模块式设计方法，分为4个功能模块：供电及电源管理模块、系统平台、数据采集模块和电机控制模块，

所述数据采集模块和电机控制模块都挂接到S3C2410的串行外设接口（SPI）总线上，

所述硬件平台可以作为一个通用的控制平台，

所述硬件平台的特征为数据采集模块和电机控制模块都挂接到S3C2410的串行外设接口（SPI）总线上，所述模块挂接方式的特征为基于SPI总线的模块和结构，该特征保证了控制平台功能的可扩展性。

6.根据权利要求1所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征在于，软件平台包括驱动程序、图形用户界面（GUI）、控制程序和应用程序接口（API）等4个部分，

API函数在开发的驱动程序的基础上将对外设的操作函数化提供给控制程序使用；

控制程序包括主控制程序和控制子程序，其中主控制程序完成整个系统的运行和监控、控制子程序完成康复机械手的传感数据处理、控制策略实施和具体控制方法的实现；

图形用户界面建立人机交互系统，通过调用控制子程序实现康复机械手多种康复模式的选择、参数设定和具体康复过程的实现。

7.根据权利要求1所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征还在于其系统的设计采用软硬件协同设计技术。

8.根据权利要求1所述的基于ARM和Linux操作系统的手部康复外骨骼人机交互系统，其特征在于所述软件系统采用并行竞争控制，该控制结构中低级模式受高级模式的制约，如果高级模式未被激活，则系统采用已被激活的低一级模式；如果高级模式已被激活，则其输出抑制低级模式的输出，高级模式接管控制系统，直到其对应的信息输入复原或被更高级的模式所抑制；

按照系统优先级从高到低的次序：

模式0——紧急模式：用于电源电压超限、康复机械手运动受阻和急停按钮人工停车等；

此时系统GUI 给出图形文字报警，屏蔽所有低级模式；

模式1——手动模式：用于手动控制；

模式2——程控模式：由人机界面对康复任务和参数进行设定，自主的完成康复过程。