[发明专利]一种上下肢康复设备多传感器融合角度检测系统及方法

说明书

本发明涉及传感器检测领域，特别涉及一种上下肢康复设备多传感器融合角度检测系统及方法。检测系统包括上位机和与上位机对应引脚连接的增量式编码器、零点传感器；其中增量式编码器用于采集电机转动角度，零点传感器用于检测末端把手上的零点位置，上位机用于处理增量式编码器和零点传感器的信号。本发明的有益效果在于：本发明通过增量式编码器结合零点传感器配合自适应角度算法解决了因减速比不确定和减速器打滑现象导致的末端角度检测不准确。

技术领域

本发明涉及传感器检测领域，特别涉及一种上下肢康复设备多传感器融合角度检测系统及方法。

背景技术

随着机械与电子技术发展，机械康复设备在医疗领域发挥越来越重要的作用。在偏瘫康复领域，使用上下肢康复设备配合肢体运动是一种常用的康复治疗手段，可以帮助患者回复神经和肌肉机能。

目前上下肢康复设备采用的是上肢或下肢进行圆周运动，设备通常的运动状态是正向或反向做长时间的圆周运动。同时为了做更复杂的康复控制和评定算法，需要准确检测设备转动的角度，以判断患者在圆周运动中所处角度位置。

检测角度的普遍方案是在电机端加入编码器，通过检测电机转动角度来计算末端把手的角度。但这种方案有两个问题：

1.末端把手绝对角度无法确定：电机和末端把手之间有较大的减速比，把手转动一圈对应着电机转动多圈，所以电机端编码器不论是采用增量式编码器还是绝对式编码器都无法根据电机端编码器计算出末端把手角度。

2.末端把手和电机的相对角度变化(减速比)不能确定：对于减速器，虽然设计时为一个确定的减速比，但实际由于加工工艺、磨损等原因，会导致减速比并不能严格符合设计指标，同批次生产的不同设备之间也可能会有微小差异。这个偏差是必然存在的。由于上下肢康复设备的运动方式是往一个方向做长时间的圆周运动，所以随着转动圈数增加，这个微小的偏差会累积，导致长时间转动后对末端角度检测准确。

3.无法应对减速器发生打滑问题：对于如皮带传送的减速器，是可能发生打滑情况的，随着设备老化，打滑现象越来越容易出现。打滑会导致电机端和末端角度发生偏移，导致末端角度检测不准确。

目前普遍使用的电机端编码器检测角度的方案都会存在以上3点问题，导致无法准确计算末端把手角度，限制了其他功能的进一步开发。

发明内容

为了解决背景技术中的不足，本发明提供了一种上下肢康复设备多传感器融合角度检测系统及方法，具体方案如下：

一种上下肢康复设备多传感器融合角度检测系统，包括上位机和与上位机对应引脚连接的增量式编码器、零点传感器；其中增量式编码器用于采集电机转动角度，零点传感器用于检测末端把手上的零点位置，上位机用于处理增量式编码器和零点传感器的信号；所述上位机获取增量式编码器和零点传感器采集信息，分析得到当前编码器值、第一次过零点时的增量式编码器值、减速比；所述上位机通过自适应角度算法对获得的数据进行修正；所述上位机使用修正后的数据计算当前末端把手的角度。

用于上述检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1、上位机获取增量式编码器和零点传感器采集信息，分析得到当前编码器值、第一次过零点时的增量式编码器值、减速比；

S2、通过自适应角度算法对S1获得的数据进行修正；

S3、使用修正后的数据计算当前末端把手的角度。

具体地说，步骤S2具体为：

零点传感器检测到零点位置后，判断是否第一次过零点，是则记录增量式编码器值，不是则根据当前增量式编码器值、第一次过零点时的增量式编码器值、减速比，估算当前圈数；

并判断正向或负向是否到达最大圈数；判断是，则重新计算减速比；

并更新记录最大圈数；判断否，则不更新；