[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

说明书

本发明公开了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，以控制无人机飞行为目的，保证了遥操控的飞行稳定性和可操作性。该方法包括：电脑端连接电机进行指令输入，驱动电机以一定的速度转动；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；编码器安装在电机输出轴，采集输出信息；根据输出信号，电机控制机械结构运动，以此使得外骨骼相应的运动；在运转过程中，根据反馈信号实时调整，直至达到外骨骼运动的需求，反馈信号与驱动信号相匹配，平稳的控制无人机飞行。本发明可使得上肢外骨骼系统更加精确感知操控者的运动意图，上肢外骨骼和无人机的同步程度更高，进而加强操控者对从端无人机的遥操控。

技术领域

本发明涉及外骨骼智能化控制技术领域，尤其涉及一种触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制系统及控制方法。

背景技术

随着外骨骼机器人在日常生活领域得到了广泛的应用，将可穿戴设备、触觉感知和无人机飞行控制等研究融合、提出了无人机智能化控制领域的新型无人机遥操作控制，对它的控制方法也提出了更高的要求。

当前无人机遥操作控制，主要采用手持式操作盘,过度依赖视觉实现无人机安全控制问题。本发明提出一种触觉式可穿戴外骨骼无人机的控制方法，实现远端无人机的遥操作控制。开展触觉感知式外骨骼无人机遥操作控制系统和控制方法的研究，不仅可以减少操控者上肢疲劳感、还可以通过触觉感知，减轻无人机遥操控者为安全操作的过度视觉依赖等具有较强的现实意义，同时使得上肢外骨骼和无人机的同步程度更高。

现有的设计方法很难有效采集用户的运动意图和外骨骼装置关节角度、位移等相关数据的变化，这些传感器采集的数据信号易受到外界因素的干扰，很难输出精确又稳定的信号来驱动从端无人机飞行，对于人机协同的功能效果实现不佳，导致操控者体验感较差，极大地降低了外骨骼的效率和飞行稳定性。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操控容易、操作简单的触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制系统。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述控制系统的控制方法

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种触觉感知式可穿戴上肢外骨骼无人机控制系统，该控制系统主要包括：

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；