CN109498368A - 一种外骨骼康复机器人控制系统 - Google Patents

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高学山
张鹏飞
李健
罗定吉
丛佩超
王世刚
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Abstract

本发明公开了一种外骨骼康复机器人控制系统，包括上位机、本体驱动电路控制系统、传感器数据采集控制系统，本发明控制系统集成了驱动电路控制系统和多路传感器信息融合及无线通讯数据传输技术使医生和患者有了更好的体验效果。

Description

一种外骨骼康复机器人控制系统
技术领域
本发明涉及一种外骨骼康复机器人控制系统。
背景技术
现阶段外骨骼机器人控制系统大多是仅仅通过角度反馈，使系统按照正常的步态运行，这样会使人感觉到被拖着运动的不舒适感，并没有实现角度与力相结合的反馈控制，也就是多传感器信息融合技术。而且缺少一些附加技术功能，比如GPS定位和WiFi无线通讯，没有将外骨骼运行所采集的数据上传至云端，使病人无法直接观察到自己的康复状态等。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种外骨骼康复机器人控制系统，为了提升患者康复的体验效果和更好的明确患者的康复程度，本发明通过将多传感器信息融合，比现有的外骨骼机器人增加了力反馈控制，让病人体验到运动的舒适感；通过WiFi上传患者康复训练数据至终端，可实时监控患者的康复训练水平，让医生和病人家属更加明确康复效果，同时供医生根据康复情况设定不同的康复训练方式。
本发明采取的技术方案是：
一种外骨骼康复机器人控制系统，包括上位机、本体驱动电路控制系统、传感器数据采集控制系统，所述上位机用于设置训练参数及训练模式，使得机器人按照一定的曲线进行运动，同时亦为数据终端；所述本体驱动电路控制系统包括微控制器、机器人各关节电机，所述微控制器系统包括微控制器、复位电路、时钟电路、电源模块、驱动通讯模块、WiFi和GPS模块，WiFi模块、GPS模块、驱动通讯模块与微控制器之间双向传输数据，复位电路、时钟电路、电源模块与微控制器为单向传输；其中，所述驱动通讯模块与机器人各关节电机电路连接，所述WiFi模块与上位机通讯连接；所述传感器数据采集控制系统包括n个传感器反馈控制系统，所述传感器反馈控制系统分别安装在机器人上各关节处，与微控制器电路连接。
优选地，所述微控制器采用stm32f1系列。
优选地，所述传感器反馈控制系统采用薄膜压力传感器。
优选地，所述外骨骼康复机器人控制系统还包括手机数据终端，其与微控制器系统的WiFi模块通讯连接。
本发明的有益效果是：
本发明控制系统集成了驱动电路控制系统和多路传感器信息融合及无线通讯数据传输技术使医生和患者有了更好的体验效果。现有的技术仅仅是通过角度反馈，使得外骨骼按照正常的步态运动，并没有实现力的反馈控制，使得患者腿部感到很强的不舒适性；医生也无法实时的了解到患者的康复数据，无法更好的设定训练方案。通过多路传感器信息融合并通过无线通讯将数据传至终端，让医生实时的了解患者的训练数据，更好的针对患者康复的不同阶段设定不同的训练方案。对于患者而言，通过力传感器反馈可以实时的传输外骨骼本体与患者腿部力的关系，使得患者有更好的体验感。通过数据终端，患者家属可以实时的了解患者的训练情况。通过上位机设置不同的参数比如角度、速度、人机交互力等信息可以调节适应不同人的步态训练需求。
附图说明
图1为实施例外骨骼康复机器人控制系统的结构组成图；
图2为微控制器系统的结构组成图；
图3为传感器数据采集控制系统实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例
一种外骨骼康复机器人控制系统，如图1所示，包括上位机、本体驱动电路控制系统、传感器数据采集控制系统，所述上位机用于设置训练参数及训练模式，使得机器人按照一定的曲线进行运动，同时亦为数据终端；所述本体驱动电路控制系统包括微控制器、机器人各关节电机，如图2所示，所述微控制器系统包括微控制器、复位电路、时钟电路、电源模块、驱动通讯模块、WiFi和GPS模块，WiFi模块、GPS模块、驱动通讯模块与微控制器之间双向传输数据，复位电路、时钟电路、电源模块与微控制器为单向传输，微控制器采用stm32f1系列；其中，所述驱动通讯模块与机器人各关节电机电路连接，所述WiFi模块与上位机通讯连接，所述控制系统还包括手机数据终端，与WiFi模块通讯连接；所述传感器数据采集控制系统包括n个传感器反馈控制系统，传感器反馈控制系统采用薄膜压力传感器，所述传感器反馈控制系统分别安装在机器人上各关节处，与微控制器电路连接。
微控制器系统中：微控制器是微控制器系统中相当重要的部分，它要完成取指令、分析指令等操作，然后交给执行单元(ALU或FPU)来执行，同时还要形成下一条指令的地址。复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，它的操作原理与计算器有着异曲同工之妙，只是启动原理和手段有所不同。复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行计算。时钟电路：就是产生像时钟一样准确运动的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。电源模块为整个微控制器系统的电源供给。驱动通讯模块为直流3.3v和5v电压驱动通讯模块，采用串口通讯方式，通过发送与接收驱动数据来控制电机的运动。Wi-Fi模块又名串口Wi-Fi模块，属于物联网传输层，功能是将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块，通过WiFi模块来上传病人的康复数据信息。微控制器通过GPS定位来获取设备所处的大致位置信息。
外骨骼康复机器人控制系统具体实施方式为：
1.接收上位机参数控制指令；
2.微控制器通过运算经通讯电路向电机发送运动指令；
3.接收多路传感器反馈信号，判断外骨骼与人体的协调关系来控制一路或者多路传感器信号的开通与关断；
4.接收传感器信号显示于上位机界面或者上位机和手机界面。
所述传感器数据采集控制系统实施方式如图3所示，具体为：
1.实时采集外骨骼及人体的运动信息；
2.检测外骨骼关节运动角度与人体腿部力的变化，将数据传至本体驱动电路控制系统。

Claims (4)

1.一种外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于包括上位机、本体驱动电路控制系统、传感器数据采集控制系统，所述上位机用于设置训练参数及训练模式，使得机器人按照一定的曲线进行运动，同时亦为数据终端；所述本体驱动电路控制系统包括微控制器、机器人各关节电机，所述微控制器系统包括微控制器、复位电路、时钟电路、电源模块、驱动通讯模块、WiFi和GPS模块，WiFi模块、GPS模块、驱动通讯模块与微控制器之间双向传输数据，复位电路、时钟电路、电源模块与微控制器为单向传输；其中，所述驱动通讯模块与机器人各关节电机电路连接，所述WiFi模块与上位机通讯连接；所述传感器数据采集控制系统包括n个传感器反馈控制系统，所述传感器反馈控制系统分别安装在机器人上各关节处，与微控制器电路连接。
2.根据权利要求1所述的外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于所述微控制器采用stm32f1系列。
3.根据权利要求1所述的外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于所述传感器反馈控制系统采用薄膜压力传感器。
4.根据权利要求1所述的外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于所述外骨骼康复机器人控制系统还包括手机数据终端，其与微控制器系统的WiFi模块通讯连接。
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