[发明专利]一种触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制系统及方法

权利要求书

1.一种触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制系统，其特征在于，包括：

一单片机，连接电机进行指令输入，驱动电机以一定的速度转动；

一压力传感器，获取操控者发出的力信号，根据施力信号，生成相应的电机驱动信号；

一编码器，安装在电机输出轴，采集输出信息，根据输出信号，使电机控制机械结构运动，进而带动外骨骼作相应的运动；

若干电机，用以运动辅助，建立无人机安全飞行等级与电机输出上肢运动辅助力关系，从而使无人机遥操控者通过感知上肢运动辅助力的强弱，感知获取无人机飞行的安全等级，实现触觉感知式无人机飞行控制；

一数据库，经过大量用户穿戴上肢外骨骼去进行相应的运动获取训练样本和训练数据，实验者执行相应的动作，获取对应的数据分析和特征参数，包括穿戴者上臂、前臂、肘部、腕部的姿态信息，穿戴者肘部的关节角度信息；收集不同实验者在相同、不同环境下的实验数据分析，获取各特征参数的范围；

所述编码器分别设置于上肢外骨骼肘部和前臂位置，用于实时获取穿戴者肘关节角度信息、肘关节和前臂的位移信息；

所述电机分别设置于上臂和前臂位置，用于对肘关节的转动提供辅助力，同时起到调整关节转动速度的作用；

所述压力传感器分别设置于前臂和腕部位置，用于实时获取穿戴者手臂的交互力信息，即上肢外骨骼提供给穿戴者的力的大小；

所述单片机接受所述编码器、压力传感器、电机发送的采集信息，进行过滤、整理和计算后，得到穿戴者的相关特征参数，将其与数据库中存储的特征参数进行匹配对比，明确操控者的运动意图，确定从端无人机飞行所需特征参数的大小；

整个运转过程通过各传感器获得节点的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与驱动信号相匹配，形成闭环回路系统。

2.一种触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：利用单片机控制电机以一定速度转动，压力传感器获取力变化，产生相应的驱动信号，进而带动外骨骼肘关节和腕关节转动；关节角度和位移的变化作为编码器的输入量，对关节角度和位移的变化进行循环控制；

步骤S2：分别对编码器、电机、应变片进行信号采集，并传输到处理器，处理器进行过滤后提取，经过预处理的压力电信号，经放大、整理后带入算法，得出上肢运动方向和速度，通过单片机采集分析，驱动电机作相应转动；

步骤S3：外骨骼在运转过程中，带动肘关节和腕关节进行运动，进而获得节点的反馈信号并反馈至处理模块获得差值，根据差值来调整驱动信号和反馈信号，直到两者相匹配；当施力信号增大时，增大驱动信号的增量；当施力信号减小时，减小驱动信号的增量；当施力信号为零时，设置驱动信号位零；

步骤S4：与电机同轴的编码器输出相应脉冲，不同位置编码器和脉冲数量影响无人机的飞行速度和飞行角度；最终，单片机采集编码器的电脉冲输出进行分析得出对应的无人机飞行命令，并将信号整理，传输给远端无人机，进行无人机的启动、停止的飞行姿态控制。

3.根据权利要求2所述的触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括操控者穿戴外骨骼机器人部件，初始化系统，通过用户界面输入穿戴者的相关基础信息，进行建档存储。

4.根据权利要求2所述的触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括对上肢外骨骼运动情况与无人机飞行姿态控制进行定义；编码器安装在外骨骼肘部和腕部，终端采集编码器电脉冲进行分析得出对应无人机的飞行命令，传输给远端无人机。

5.根据权利要求2所述的触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤S3还包括通过调节输入电机的信号，控制电机输出转速的变化，调整关节转动速度；该外骨骼远程操控无人机系统，通过双臂运动、肘关节转动来控制从端无人机的飞行姿态，前后输入位移和角度的不同，使得编码器输出脉冲相位差和脉冲数量不同，以此来改变关节处的转动速度。

6.根据权利要求2所述的触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤S4还包括设定远端无人机起飞的最小动力；当压力超过该值时，无人机缓慢起飞；压力在一定范围内或骤降时，无人机保持飞行姿态；当压力低于无人机起飞压力并开始缓慢减小时，远端无人机开始缓慢降落；如此往复运动，构成闭环回路系统。