[发明专利]一种基于机器人感知的辅助装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于机器人感知的辅助装置及方法，所述装置包括：左腿传感器模块、右腿传感器模块、数据处理主板、上位计算机及外骨骼控制器；所述方法包括：S1，左腿传感器模块与右腿传感器模块同时采集数据；S2，根据采集数据分别计算出左右腿膝盖、脚踝的夹角数据；S3，根据计算结果对关节的旋转角度进行预测并发送预测数据；S4，将发送过来的左右腿的数据进行整合，实现时间同步；S5，发送给外骨骼控制器或者上位计算机。

技术领域

本发明属于医疗辅助机器人，涉及一种基于机器人感知的辅助装置及方法。

背景技术

21世纪以来，随着机器人技术的不断成熟，机器人技术得到了更广泛应用。从工业机器人发展到服务型机器人，机器人逐渐走入了人们的日常生活当中，给我们带来了诸多方便。随着人类物质生活水平的提高及精神生活的日益丰富，未来机器人将跟人类更密切的联系在一起。

下肢负重外骨骼工作机理为感知系统实时捕获人体步行状态，控制器产生控制信号驱动机械骨骼跟随人体运动。但从感知系统捕获人体步态到输出控制信号，以及驱动机构(通常为电机或液压)驱动外骨骼关节到达目标轨迹均需要一定的时间，而此过程人体已经运动到另一状态，因此，机械外骨骼步态滞后于穿戴者步态，从而干扰穿戴者的行走行为。

为解决此问题，其控制系统的参考信号应当超前于人体的运动状态，需要对人体运动步态进行实时、准确的捕获和预测。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于机器人感知的辅助装置及方法，对人体下肢关键部位的运动状态进行采集与预测，实现了为外骨骼控制器提供可靠的参考信息，有效地解决了外骨骼与穿戴者运动不协调的问题，同时解决了外骨骼步态滞后于穿戴者步态的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种基于机器人感知的辅助装置及方法，其中，所述装置包括：左腿传感器模块、右腿传感器模块、数据处理主板、上位计算机及外骨骼控制器；其中，所述左腿传感器模块及所述右腿传感器模块分别与数据处理主板相连；所述数据处理主板分别与上位计算机及外骨骼控制器相连。

所述方法包括：S1，左腿传感器模块与右腿传感器模块同时采集数据；S2，根据采集数据分别计算出左右腿膝盖、脚踝的夹角数据；S3，根据计算结果对关节的旋转角度进行预测并发送预测数据；S4，将发送过来的左右腿的数据进行整合，实现时间同步；S5，发送给外骨骼控制器或者上位计算机。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明方案利用安装在外骨骼穿戴者下肢的姿态传感器采集人体下肢关节的旋转运动，并通过特殊算法预测人体下肢关节未来一段时间的运动情况，能为外骨骼控制器提供可靠的参考信息，解决了外骨骼与穿戴者运动不协调的问题，同时解决了外骨骼步态滞后于穿戴者步态的问题。

附图说明

图1是基于新型感知系统的结构框图。

图2是采集传感器数据的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行更加详细与完整的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

参照图1，本发明的一种基于机器人感知的辅助装置及方法，其中，所述装置包括：左腿传感器模块、右腿传感器模块、数据处理主板、上位计算机及外骨骼控制器；所述左腿传感器模块及所述右腿传感器模块分别与数据处理主板相连；所述数据处理主板分别与上位计算机及外骨骼控制器相连。

其中，所述左、右腿传感器模块均由大腿姿态传感器、小腿姿态传感器以及脚掌姿态传感器组成。

所述数据处理主板由2个电平转换芯片、3个微控器以及1个无线模块组成。