[实用新型]基于多传感器融合的辅助行走外骨骼机器人系统

说明书

本实用新型公开一种基于多传感器融合的辅助行走外骨骼机器人及其控制系统，该机器人包括背板、腰部固定机构和腿脚机构，背板两端各固定连接一腰部固定机构，腰部固定机构的两端各可转动连接一腿脚机构，腿脚机构包括依次连接的髋关节机构、大腿、膝关节机构、小腿及小腿固定块机构，所述的控制系统包括腰部模块、左脚脚底模块和右脚脚底模块，右脚模块将检测到的各区域压力值发送给左脚模块，左脚模块将所有脚底压力数值发送给腰部模块，最后第三单片机综合脚底压力值、角度值以及加速度值分析人体所处的状态，进而协同控制四个舵机转动达到辅助行走的功能。本实用新型的系统的误判率较低，判断精度高，保护了用户的安全，且易穿戴、使用方便。

技术领域

本实用新型涉及智能检测、外骨骼机器人等领域，尤其涉及的是一种基于多传感器融合的辅助行走外骨骼机器人系统。

背景技术

现在的辅助行走系统方法一般有：使用者通过自动控制器来控制的穿戴式外骨骼机器人辅助行走系统，相当于是遥控机器人，达到辅助行走的功能；基于机器视觉的机器人辅助行走系统，机器人通过摄像头采集并经处理器图像处理得到周围的信息，进而控制机器人运动的姿态；运动场地固定的辅助行走系统，主要针对无法行走的患者进行康复训练。通过这些方法来检测跌倒，存在以下几个问题：1)自动控制器来控制的机器人存在安全隐患，且普遍操作复杂，推广性较差；2)通过摄像头进行图像识别的方案存在许多干扰因素，当周围环境过于复杂时会导致判断错误，可能会对人体造成伤害；3)运动场地固定的辅助行走设备占地面积较大，制作成本较高，且无法满足使用者的生理需求和心理需求，难以推广普及。

多传感器信息融合技术能够提高整个系统的可靠性并能够增强数据的可信度，提高精度。而正是多传感器融合技术能够解决检测等问题的优势，将其应用在辅助行走外骨骼机器人系统设计中，能够更准确地检测到人体所处的状态进行预判，从而实现更准确更安全更舒适的辅助行走。

实用新型内容

针对现有的辅助行走系统存在的功能单一、占地面积大、安全系数不高的问题，本实用新型提供一种基于多传感器融合的辅助行走外骨骼机器人系统，该系统可穿戴、精度高、低成本，且安全可靠，具体技术方案如下：

一种基于多传感器融合的辅助行走外骨骼机器人，其特征在于，该机器人包括背板1、腰部固定机构2和腿脚机构，所述的背板1两端各固定连接一腰部固定机构2，所述的腰部固定机构2的两端各可转动连接一腿脚机构，所述的腿脚机构包括髋关节机构3、大腿4、膝关节机构5、小腿6及小腿固定块机构7，所述的髋关节机构包括髋关节连接件一3-1和髋关节连接件二3-2，所述的膝关节机构5包括膝关节连接件一5-1和膝关节连接件二5-2，所述的腰部固定机构2和所述的髋关节连接件一3-1可转动连接，所述的髋关节连接件一3-1、髋关节连接件二3-2通过舵机7连接，所述的髋关节连接件二3-2、大腿4、膝关节连接件一5-1依次固定连接，所述的膝关节连接件一5-1、膝关节连接件二5-2也通过舵机7连接，所述的膝关节连接件二5-2、小腿6、小腿固定块机构7依次固定连接。

进一步地，所述的背板1、大腿4和小腿6采用碳纤维制成，其他部件采用ABS材料制成。

一种如上所述的基于多传感器融合的辅助行走外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，该系统包括腰部与脚底两个模块；

所述的脚底模块包括左脚脚底模块和右脚脚底模块，所述的右脚脚底模块包括第一单片机和均与所述的第一单片机相连的第一电源模块、右脚力敏传感器、第一无线通信模块，所述的第一电源模块为第一单片机供电，所述的右脚力敏传感器用来检测被穿戴者的右脚踩力，所述的第一无线通信模块将右脚数据发送给第二无线通信模块；

所述的左脚脚底模块包括第二单片机及均与所述的第二单片机相连的第二电源模块、左脚力敏传感器、第二无线通信模块和第三无线通信模块，所述的第二电源模块为第二单片机供电，所述的左脚力敏传感器用来检测被穿戴者的左脚踩力，所述的第二无线通信模块用于接收来自于所述的第一无线通信模块的右脚数据，第三无线通信模块用于将左右脚数据发送给第四无线通信模块；