[发明专利]一种负重型下肢外骨骼机器人的控制系统

权利要求书

1.一种负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，由两个功能相同子系统构成；每个子系统由信号采集装置、微控制器、运动执行机构以及控制算法组成；所述下肢外骨骼机器人用于为穿戴者下肢提供助力；所述信号采集装置由薄膜压力传感器、磁角度传感器、多通道放大器、多通道低通滤波器构成，完成穿戴者足底压力信号和下肢外骨骼机器人的踝关节角度信号的采集；所述运动执行机构由伺服驱动器组和伺服电缸组组成；所述控制算法采用末端跟随控制算法；信号采集装置采用薄膜压力传感器采集穿戴者的足底压力信号，采用磁传感器采集机器人踝关节的相对旋转角度信号，微控制器将穿戴者足底压力信号装换成数字量，并将获得穿戴者足底压力信号和机器人踝关节角度信号通过末端跟随控制算法计算出下一时刻机器人髋关节和膝关节的角度值，从而计算出相应伺服电缸组的运动控制量；微控制器通过EtherCAT接口将所得运动控制量传送给相应的伺服驱动器组，伺服驱动器组驱动对应伺服电缸组运动；

所述压力信号为4路，左右各2路，角度信号为2路，左右各1路，即每个子系统需要2路压力信号和1路角度信号；

所述末端跟随控制算法的输入信号为穿戴者足底压力信号和下肢外骨骼机器人的踝关节角度信号。

2.根据权利要求1所述的负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，所述子系统在硬件方面由一套微控制器集中实现，或由两套微控制器分布实现，但在控制流程上是相互独立的。

3.根据权利要求1所述的负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，所述信号采集装置内部压力信号采集通道和角度信号采集通道相互独立，压力信号要通过放大和滤波进行读取，角度信号直接通过总线读取。

4.根据权利要求1所述的负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，所述微控制器采用ARM单片机，ARM单片机内部带有ADC模块和SPI接口，ADC模块将来自信号采集装置的压力信号转化为数字量，SPI总线用于连接磁角度传感器。

5.根据权利要求1所述的负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器组和伺服电缸组数量一样，一个驱动器配一个伺服电缸，每个子系统由两个伺服驱动器和两个伺服电缸组成。

6.根据权利要求5所述的负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，所述伺服电缸采用MAXON伺服电缸。