[发明专利]基于ROS的仿真控制平台及外骨骼机器人仿真控制系统

说明书

本发明提供一种基于ROS的仿真控制平台及外骨骼机器人仿真控制系统，其中，基于ROS的仿真控制平台包括：控制模块；数据采集模块，其采集外骨骼机器人反馈的数据，并与控制模块数据传输；仿真显示模块，其构建外骨骼机器人模型，并基于反馈的数据在控制系统的控制下，对外骨骼机器人模型进行仿真显示；运动意图检测模块，其包括：若干运动意图检测单元，若干运动意图检测单元订阅外骨骼机器人反馈的数据，并进行人体运动意图识别。本发明提供一种基于ROS的外骨骼机器人仿真控制系统，采用该系统可以缩短外骨骼软件控制算法的开发周期，通过模拟真实外骨骼机器人模型，可实现对外骨骼机器人控制算法的实验验证，同时也可提供控制器参数的调试。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种基于ROS的仿真控制平台及外骨骼机器人仿真控制系统。

背景技术

助力下肢外骨骼机器人是一种穿戴式人机一体化机械装置，可以通过电动等方式提供助力以增强人体力量输出，适用于辅助重体力劳动者工作或者助老助残等场景。同时，外骨骼机器人还能运用于单兵作战，应急救援等特种领域，用于在常规车辆无法驶入场景下，辅助救援人员或者战士背负相关设备长途行走。因此，外骨骼机器人技术在未来的智能人机交互、人机共融领域具有重要的意义和价值。

下肢外骨骼机器人的运动控制是其能辅助穿戴者完成背负运输任务的前提和保障，是外骨骼机器人的关键技术之一。由于外骨骼机器人穿戴人员在环及运行环境的复杂性，识别穿戴者运动意图及提高其控制性能成为攻克外骨骼机器人技术的关键。然而，在外骨骼机器人研制和运行过程中，由于操作人员在环，常规的离线编程及调试的方法在效率及安全性方面难以很好的保障。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ROS的仿真控制平台及外骨骼机器人仿真控制系统，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于ROS的仿真控制平台，其用于外骨骼机器人的仿真控制，所述基于ROS的仿真控制平台包括：

控制模块；

数据采集模块，其采集外骨骼机器人反馈的数据，并与所述控制模块数据传输；

仿真显示模块，其构建外骨骼机器人模型，并基于反馈的数据在所述控制系统的控制下，对所述外骨骼机器人模型进行仿真显示；

运动意图检测模块，其包括：若干运动意图检测单元，所述若干运动意图检测单元订阅所述外骨骼机器人反馈的数据，并进行人体运动意图识别。

作为本发明基于ROS的仿真控制平台的改进，所述数据采集模块借助具有的PCI-CAN板卡实时采集外骨骼机器人端的数据。

作为本发明基于ROS的仿真控制平台的改进，所述数据采集模块将采集的数据以ROS话题形式将其发布出去，同时订阅所述控制模块的关节控制信息，并将其发送给外骨骼机器人。

作为本发明基于ROS的仿真控制平台的改进，所述控制模块支持自定义外骨骼动力学数学模型或者开源三维物理仿真平台。

作为本发明基于ROS的仿真控制平台的改进，所述控制模块支持开源三维物理仿真平台时，按照如下步骤执行仿真控制流程：

将外骨骼三维结构图导入所述开源三维物理仿真平台，然后对构建的外骨骼机器人模型信息参数进行调整优化，同时借助开源三维物理仿真平台具有的控制算法节点，使用低阶控制算法对平台内的模型及实际系统进行控制仿真；

进行相关力矩深度控制算法的验证，同时在仿真平台内观测仿真运行效果，在完成控制算法验证后，借助发往下层外骨骼端的控制信息，在实际系统端进行在线算法验证测试；

算法验证通过后，基于实际系统的算力配置，自行构建外骨骼动力学优化模型，并在仿真平台进行对比验证。