[发明专利]基于多源传感器的搬运装配全身外骨骼系统及控制方法

说明书

本发明提供了基于多源传感器的搬运装配全身外骨骼系统及控制方法；该方法包括：外骨骼行走阶段通过检测穿戴者下肢的肌电信号和足底压力信号作为外骨骼初始运动信号的决策指令，中央处理器开始接收姿态传感器数据输出既定步态，行走过程中检测人机交互力，采用导纳控制算法输出位置补偿，达到人机协作一体化。外骨骼装配过程采用肌肉电信号驱动上臂运动，结合激光传感器实现精确定位装配。本发明可以让外骨骼准确感知人体运动意图，实现更强的人机协作运动，最后完成精度更高的装配，进而使用户穿戴外骨骼完成更好的助力，提高穿戴者的用户体验度。

技术领域

本发明属于全身外骨骼机器人感知控制技术领域，具体涉及一种全身外骨骼机器人通过多源传感器识别穿戴者运动状态辅助穿戴者完成搬运的系统及控制方法。

背景技术

尽力保障劳动生产工作人员的身体健康逐渐成为保障民生的重要部分。工业装配领域存在快节奏、高度重复以及费力的手部工作，装配工人往往需要以非中性的身体姿势去操纵工具，其肌肉骨骼会受到一些来自外部的机械压力和振动冲击，这些都将诱发与工作相关肌肉骨骼系统疾病。同时在狭窄的工作环境中，搬运物体的机械臂等设备往往不能进入，造成了不得不花费大量人力物力去解决搬运装配问题。

外骨骼机器人作为一款人机协作一体化机器人，为人体提供助力，增强人体机能，强化肢体力量，大幅度提高穿戴者的负重能力，拓宽穿戴者的工作范围。外骨骼机器人目前尚存在较多的困难与挑战，特别是人体运动意图的自主辨识和基于人机交互的柔顺控制这两个问题成为外骨骼亟待解决的问题。同时，现有外骨骼缺乏装配能力，只能承担负载承重任务，无法感知外骨骼与装配点的之间的位置联系，不能将工件精准装入装配到指定地点，成为外骨骼发展道路上又一亟待解决的问题。

发明内容

为了帮助减轻装配工人的工作负荷，保护装配工人肌肉骨骼，减少装配工人肌肉骨骼累积损伤，本发明提出了一种基于多源传感器的搬运装配全身外骨骼系统及控制方法。在设计外骨骼机械结构的基础上，设计一套基于多源传感器的全身外骨骼感知系统，制定外骨骼感知系统与外骨骼控制系统之间的通讯协议，着力解决外骨骼人体意图自主识别、人机协调柔顺控制和外骨骼装配精准度的问题。外骨骼机器人作为典型的人机协作机器人，本发明通过采集人体的各类运动信号以及人体表面肌电信号完成人机协同运动。利用外骨骼自身可承载物体负重属性，完成基于外骨骼的搬运控制。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于多源传感器的搬运装配全身外骨骼系统，包括中央控制器，置于全身外骨骼背部控制箱内，用于处理底层传感器发来的数据信息；

足底压力信息采集模块，置于全身外骨骼脚部，用于判断外骨骼行走中的步态相序；

肌电信号采集模块，置于穿戴者上肢和下肢，用于与足底信息采集模块共同判断外骨骼行走中的步态相序；

姿态信息采集模块，置于穿戴者下肢，用于采集穿戴者关节角度步态信息，为外骨骼机器人提供运动信息输入；

交互力采集模块，置于外骨骼下肢，用于检测外骨骼与穿戴者人机之间交互力，判断人机之间的柔顺性；

位置定位模块，置于装配孔四周，用于实施检测外骨骼与装配孔之间的位置信息，完成精确定位；