[发明专利]一种防止老年人摔倒的人机协同控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种防止老年人摔倒的人机协同控制系统的控制方法，其特征在于，防止老年人摔倒的人机协同控制系统包括设置在助老伴行机器人上的触滑觉传感器，触滑觉传感器安装在助老伴行机器人的手柄处，用于采集老年人摔倒时其老年人手部施加在助老伴行机器人手柄上的触滑觉力信号，触滑觉传感器选用PVDF压电薄膜传感器，触滑觉传感器依次经过运放滤波器和数据采集卡与计算机连接，触滑觉传感器通过屏蔽线与运放滤波器连接，计算机通过伺服驱动器与助老伴行机器人连接，计算机一方面作为触滑觉信号处理器，用于接收数据采集卡收集的滤波后的触滑觉力信号数据作为前馈补偿，以调整助老伴行机器人的期望控制目标；另一方面作为助老伴行机器人的控制器，将控制指令输出至伺服驱动器实现助老伴行机器人达到期望的控制目标；助老伴行机器人上设置有检测装置，检测装置与计算机连接，检测装置用于检测助老伴行机器人的控制目标参量，并以此作为反馈环节，确保助老伴行机器人达到期望的控制目标；

采用前馈-反馈复合控制方法，以助老伴行机器人期望控制目标参量为整个控制输入，将特征提取后的老年人手部施加在助老伴行机器人手柄上的触滑觉力信号的时域特征作为前馈补偿环节，消除触滑觉力对助老伴行机器人控制目标参量的影响；将实际测得的助老伴行机器人的控制目标参量作为反馈环节，提高助老伴行机器人控制目标参量的精度，实现防止老年人摔倒的人机系统协同控制，包括以下步骤：

S1、当老年人突然失去平衡时，通过触滑觉感知技术实时对老年人手部施加在助老伴行机器人手柄上的触滑觉力信号进行感知；

S2、对感知到的老年人手部施加在助老伴行机器人手柄上的触滑觉力信号进行放大、带通滤波的预处理；

S3、通过特征提取方法，获取老年人手部施加在助老伴行机器人手柄上的触滑觉力信号的时域特征，即老年人摔倒状态信息；

S4、将老年人摔倒状态信息作为前馈补偿环节，调整助老伴行机器人期望的控制目标，并以此为整个控制输入，采取前馈-反馈复合控制方法控制助老伴行机器人，以实现防止老年人摔倒。

2.根据权利要求1所述的一种防止老年人摔倒的人机协同控制系统的控制方法，其特征在于，为了防止老年人摔倒，助老伴行机器人需停止移动来支撑老年人使其保持平衡，同时机器人本身不翻倒，从而引出助老伴行机器人与不同摔倒形态相对应的线位移和角位移两个控制目标参量，最后调整助老伴行机器人期望控制目标为整个控制输入。

3.根据权利要求1所述的一种防止老年人摔倒的人机协同控制系统的控制方法，其特征在于，老年人摔倒状态信息包括摔倒倾向和摔倒程度，根据老年人手部施加在助老伴行机器人手柄上的触滑觉力信号的时域特征，当短时间内幅值超过事先设定的阈值表示老年人有摔倒倾向；以触滑觉力信号时域特征的幅值大小表示摔倒程度。

4.根据权利要求1所述的一种防止老年人摔倒的人机协同控制系统的控制方法，其特征在于，老年人摔倒形态包括前倾、后倾、左倾和右倾。

5.根据权利要求1所述的一种防止老年人摔倒的人机协同控制系统的控制方法，其特征在于，前馈补偿采用粒子群优化-BP神经网络非线性补偿算法对触滑觉传感器在受到外界干扰时产生的误差进行补偿修正。