[发明专利]基于嵌入Android移动终端及FPGA的手部功能康复机器人人机交互控制系统有效

专利信息
申请号: 201310532812.6 申请日: 2013-10-31
公开(公告)号: CN103558786A 公开(公告)日: 2014-02-05
发明(设计)人: 付宜利;张福海;陈宏伟;王翔宇;华磊 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: G05B19/042 分类号: G05B19/042;G06F3/01;A61H1/00
代理公司: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 代理人: 张宏威
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 基于 嵌入 android 移动 终端 fpga 功能 康复 机器人 人机交互 控制系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及机器人人机交互技术领域,具体涉及手部功能康复机器人人机交互控制技术领域。

背景技术

随着近年来医疗康复机器人技术的不断应用和发展,手部功能康复机器人系统已成为机器人领域的研究热点之一。手部功能康复机器人是针对手部外伤以及脑卒中(中风)等术后由于神经损伤导致的手部运动功能障碍的康复装置。它通过对患者的手部进行康复训练,刺激患者手部运动神经,进而最大程度恢复患者手部运动功能。

目前,手部功能康复训练系统主要采用外骨骼机械装置驱动手部关节往复运动,达到刺激运动神经进而恢复手部运动功能的目的。然而,国内外一些公司研制的手部关节康复器,只有较少的自由度,并且使用开环控制策略,运动模式单一。另外一些采用闭环控制系统的手部康复装置,其控制系统也仅能满足康复装置单纯的机械运动。这些机械装置多采用连续被动康复模式,其主要思想是通过设备辅助患者肢体进行长时间的被动运动来完成康复。这种康复模式使得患者只能被动接受枯燥的康复训练,很难让患者融入到康复训练的过程当中。因此目前一些研究者将人机交互系统引入康复训练中,建立有可视化人机交互界面的训练系统,诱导患者主动参与康复训练,提高康复效果。然而,目前手部康复训练装置要么采用PC机作为运动控制器及人机交互界面,系统体积庞大,不便于携带;要么开发专用控制显示设备,开发成本高,通常不具有开放性。

发明内容

本发明为了解决现有手部康复机器人系统人机交互性能低、系统开放性差的问题,同时现有手部康复机器人系统不利于携带的问题,提供了基于嵌入Android移动终端及FPGA的手部功能康复机器人人机交互控制系统。

基于嵌入Android移动终端及FPGA的手部功能康复机器人人机交互控制系统,它包括压力传感器、角度传感器、数据采集模块、FPGA单芯片系统、Android移动终端、电机驱动模块和外骨骼机械手,

压力传感器用于采集人体指尖对外骨骼机械手的指尖施加的压力信息,

压力传感器的指尖压力采集信号输出端与数据采集模块的指尖压力数据采集信号输入端连接,

角度传感器用于采集外骨骼机械手的转动角度信息,

角度传感器的转动角度采集信号输出端与数据采集模块的转动角度数据采集信号输入端连接,

数据采集模块的数据采集信号输出端与FPGA单芯片系统的数据采集信号输入端连接,

FPGA单芯片系统的电机控制信号输出端与电机驱动模块的电机控制信号输入端连接,

电机驱动模块用于驱动外骨骼机械手工作,

FPGA单芯片系统的运动数据信号输入输出端与Android移动终端的运动数据信号输入输出端通过无线通信方式连接。

所述FPGA单芯片系统包括数据处理模块、运动控制器和蓝牙数据传输模块,

数据处理模块用于接收数据采集模块发送的人体指尖对外骨骼机械手的指尖施加的压力信息和外骨骼机械手的转动角度信息,还用于与蓝牙数据传输模块进行数据交互,还用于将该数据发送至运动控制器,

运动控制器用于接收数据处理模块发送的运动模式信息,还用于对接收到的运动模式信息进行调用形成运动控制信息,通过该运动控制信息控制电机驱动模块,

蓝牙数据传输模块用于与Android移动终端进行无线数据交互。

所述数据处理模块包括压力信息接收模块、转动角度信息接收模块、系统启动模块、系统停止模块、转动角度信息预设接收模块、康复运动速度预设接收模块、压力值预设模块、转动角度信息比较模块、运动模式生成模块和转动模式生成模块,

压力信息接收模块用于接收数据采集模块发送的人体指尖对外骨骼机械手的指尖施加的压力信息,并将所述压力信息通过发送至蓝牙数据传输模块,

转动角度信息接收模块用于接收数据采集模块发送的外骨骼机械手的转动角度信息,并将所述转动角度信息发送至蓝牙数据传输模块,

系统启动模块用于接收Android移动终端经蓝牙数据传输模块发送的系统启动信息,并将该系统启动信息发送至运动控制器,

系统停止模块用于接收Android移动终端经蓝牙数据传输模块发送的系统停止信息,并将该系统停止信息发送至运动控制器,

转动角度信息预设接收模块用于接收Android移动终端发送的设置外骨骼机械手最大转动角度和最小转动角度,并将所述最大转动角度和最小转动角度发送至运动控制器,

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