一種用于外機械骨骼助力機器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及姿態(tài)判斷領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于外機械骨骼助力機器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]第一個能動的外機械骨骼助力機器人在20世紀60年代末和70年代初誕生于通用電氣(GE)和貝爾格萊德的Mihajlo Pupin研究所。在通用電氣的哈迪曼項目是一個采用主從式控制系統(tǒng)、重達680公斤的大型全身式外機械骨骼。安全性和復雜性問題使其永遠無法走路，甚至都不能穩(wěn)定移動它的腿。
[0003]貝爾格萊德外骨骼是一個旨在幫助截癱患者恢復的真人大小的外機械骨骼助力機器人。和哈迪曼項目一樣，它連自身的電源都帶不動。貝爾格萊德外骨骼只能遵循預先設定的步行運動，這極大地限制了它的用途。然而，這個項目所提出的零力矩點控制理論仍然應用在類人機器人上。
[0004]1970年的嘗試以后，相對很少有人深入研究外機械骨骼。加州大學伯克利分校在1993年所作的一個項目是電力補充。類似于哈迪曼項目，這種全身式骨骼采用電驅(qū)動增強人的能力。雖然伯克利項目采用力傳感器來檢測和增強人的力，但是在步行方面只獲得有限的成就。
[0005]進入21世紀，外機械骨骼助力機器人的研究開始復蘇。在日本，神奈川技術研究所開發(fā)出一種全身“可穿戴動力服”，采用獨特的氣動執(zhí)行機構驅(qū)動。它的三個執(zhí)行機構(膝、腰、肘)上的力通過測量相對應的人體肌肉的硬度來控制。有限的驅(qū)動和缺乏便攜式電源限制了這種外機械骨骼(助力機器人)的應用。
[0006]現(xiàn)有的外機械骨骼助力機器人控制及信號采集方案有以下缺點:
1、對外力具有極高靈敏度的外機械骨骼助力機器人響應外力而不管它是否來自操縱者。例如，如果有人推一個具有較高的靈敏度外機械骨骼一下，它就會動起來就好像這個力來自它的操縱者。使外機械骨骼助力機器人具有穩(wěn)定性并防止其因響應外力而跌倒的關鍵取決于操縱者通過迅速移動(如后退或側(cè)身)為自己和外骨骼提供一個穩(wěn)定位置的能力。為此，外機械骨骼助力機器人需要一個很寬的控制帶寬，以便能夠同時響應操縱者自主和不自主的動作(即反射)。
[0007]2、現(xiàn)有的方案一種采用的是力傳感器，在一定程度上，是先需要人體對力傳感器有個作用力反饋，這一方面不可避免的造成人體與外機械骨骼產(chǎn)生輕微反作用力，給穿戴者造成不舒服的感覺。
[0008]3、另一種采用的是肌張力傳感器，現(xiàn)有的技術條件下，肌張力傳感器需要貼合人體，而且相應速度比較慢，可能會造成測量數(shù)據(jù)不準確，出現(xiàn)外機械骨骼助力機器人滯后的現(xiàn)象，造成穿戴的不舒適。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種反應迅速且穿戴舒適的外機械骨骼助力機器人。
[0010]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種用于外機械骨骼助力機器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)，包括外機械骨骼助力機器人本體，還包括手臂陀螺儀傳感器、腿部陀螺儀傳感器、背部陀螺儀傳感器和腰部陀螺儀傳感器，所述手臂陀螺儀傳感器設置在機械骨骼本體的手臂位置，腿部陀螺儀傳感器設置在外機械骨骼助力機器人本體的大腿位置，背部陀螺儀傳感器設置在外機械骨骼助力機器人本體的背部，腰部陀螺儀傳感器設置在外機械骨骼助力機器人本體的前腰部，所述手臂陀螺儀傳感器、腿部陀螺儀傳感器、背部陀螺儀傳感器和腰部陀螺儀傳感器設置在機械骨骼對應部位并與總控(PU實時通訊。
[0011]優(yōu)選的，所述手臂陀螺儀傳感器包括右臂陀螺儀傳感器和左臂陀螺儀傳感器，所述右臂陀螺儀傳感器和左臂陀螺儀傳感器分別放置在機械骨骼本體的左右臂綁帶上。
[0012]優(yōu)選的，所述腿部陀螺儀傳感器包括右腿陀螺儀傳感器和左腿陀螺儀傳感器，所述右腿陀螺儀傳感器和左腿陀螺儀傳感器分別放置在在機械骨骼本體的左右腿上。
[0013]優(yōu)選的，所述機械骨骼本體設有輔助拐杖做為輔助系統(tǒng)。
[0014]優(yōu)選的，所述輔助拐杖扶手處設置輔助拐杖陀螺儀傳感器。
[0015]優(yōu)選的，所述機械骨骼本體的腳底部設有足底壓力傳感器。
[0016]采用本發(fā)明的技術方案，能得到以下的有益效果:
本發(fā)明的姿態(tài)判斷裝置，行走過程中，借助陀螺儀傳感器(慣導)、和足底壓力傳感器等傳感設備來獲得機械骨骼本體和操作者的著力信息、運動信息和位姿信息，之后利用微處理器進行預處理，通過融合算法來進行數(shù)據(jù)分析，識別穿戴者的運動狀態(tài)和運動意圖，對穿戴者的動作做出準確的預判，然后傳輸?shù)娇偪谻PU，總控CPU即可對電機-液壓驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出自適應協(xié)調(diào)控制指令，實現(xiàn)實時監(jiān)測和控制的目的，對突發(fā)情況的判斷及預防起到很重要的作用，穿著舒適性也會大大提高。
【附圖說明】
[0017]下面對本說明書各附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作出簡要的說明:
圖1是本發(fā)明的人體穿戴外機械骨骼助力機器人的示意圖；
圖2是本發(fā)明外機械骨骼助力機器人裝置的示意圖；
上述圖中的標記均為:1、右臂陀螺儀傳感器;2、左臂陀螺儀傳感器;3、右腿陀螺儀傳感器;4、左腿陀螺儀傳感器;5、背部陀螺儀傳感器;6、腰部陀螺儀傳感器;7、右輔助拐杖陀螺儀傳感器;8、左輔助拐杖陀螺儀傳感器;9、壓力傳感器。
【具體實施方式】
[0018]下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明。
[0019]如圖1、2所示，本發(fā)明的用于外機械骨骼助力機器人的姿態(tài)判斷系統(tǒng)，