CN110236875A - 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统 - Google Patents

一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110236875A
CN110236875A CN201910392626.4A CN201910392626A CN110236875A CN 110236875 A CN110236875 A CN 110236875A CN 201910392626 A CN201910392626 A CN 201910392626A CN 110236875 A CN110236875 A CN 110236875A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control panel
lower limb
motor
robot
mobile robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910392626.4A
Other languages
English (en)
Inventor
高学山
张鹏飞
李健
罗定吉
苗明达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University of Science and Technology
Original Assignee
Guangxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University of Science and Technology filed Critical Guangxi University of Science and Technology
Priority to CN201910392626.4A priority Critical patent/CN110236875A/zh
Publication of CN110236875A publication Critical patent/CN110236875A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0218—Drawing-out devices
    • A61H1/0229—Drawing-out devices by reducing gravity forces normally applied to the body, e.g. by lifting or hanging the body or part of it
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0214—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory in accordance with safety or protection criteria, e.g. avoiding hazardous areas
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0257—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using a radar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H2003/005—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about with knee, leg or stump rests
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H2003/007—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about secured to the patient, e.g. with belts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12—Driving means
    • A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164—Feet or leg, e.g. pedal
    • A61H2201/1642—Holding means therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1657—Movement of interface, i.e. force application means
    • A61H2201/1659—Free spatial automatic movement of interface within a working area, e.g. Robot
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5061—Force sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5071—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5097—Control means thereof wireless
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/10—Leg
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/12—Feet
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2230/00—Measuring physical parameters of the user
    • A61H2230/62—Posture
    • A61H2230/625—Posture used as a control parameter for the apparatus

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明公开了一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统，所述机器人包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓或其它连接装置连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置；所述控制系统，包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，本发明可通过操作数据终端的显示屏设置相应的运动模式和训练参数。

Description

一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统
技术领域
本发明涉及康复机器人技术领域，具体涉及一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统。
背景技术
下肢外骨骼康复机器人是针对脑卒中及偏瘫患者所研发的一种辅助人腿行走的机器人，使很多瘫痪的人重新站起来行走，增加了患者对生活的信心。此外，外骨骼机器人还广泛的应用于军事、工业等领域。现阶段下肢外骨骼康复机器人一般固定于跑步机上，减重装置设置于跑步机上方的悬吊装置上，使用环境过于单一，使病人感到枯燥乏味，易产生对康复的排斥情绪，不利于康复治疗的进行，此外，目前的外骨骼的传感器信息采集较少，患者穿戴起来不舒服，不利于持久训练。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明的目的是提供一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统，其通过路径规划、地图重构、自主壁障等功能保障康复患者在移动的环境中自由安全的运动以及训练数据上传的问题。
本发明采取的具体技术方案是：
一种移动式下肢外骨骼康复机器人，包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓或其它连接装置连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置。
优选地，所述移动机器人上端两侧的支架上固定安装有直线滑轨，直线滑轨上安装有滑块，滑块外侧固定连接减重装置；所述直线滑轨内侧设有丝杆，直线滑轨一端设有无刷电机，所述无刷电机转轴与丝杆连接，无刷电机驱动丝杆转动进而带动滑块沿着直线导轨上下移动。
优选地，所述驱动轮上设有轮毂电机。
优选地，所述外骨骼机器人还设有四个电机，分别安装于外骨骼的髋关节和膝关节。
相应地，本发明还提供了一种移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，其中，
所述下肢外骨骼机器人控制系统包括FPGA控制板、力传感器、足底压力传感器、左右膝关节电机、左右髋关节电机，其中，所述FPGA控制板安装在移动机器人的顶部支架上，其分别与上述各电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述FPGA控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述力传感器安装在安装在下肢外骨骼机器人大腿杆中部和大腿杆中部，其串口电性连接FPGA控制板串口；所述足底压力传感器安装在下肢外骨骼机器人脚踏板中部，其与FPGA控制板的spi总线接口通过电线相连；所述力传感器、足底压力传感器分别与数据终端通讯连接；
所述移动机器人控制系统包括ARM控制板、无刷电机、两个轮毂电机、拉力传感器、防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达传感器，其中，ARM控制板的PB5、PB6、PB7接口分别电性连接无刷电机的电机驱动器的sv、F/R、BRK接口，分别控制无刷电机的信号、方向和急停，电机驱动器与无刷电机之间采用电源线、编码线和信号线连接；所述ARM控制板与上述各轮毂电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述ARM控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各轮毂电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述激光雷达传感器安装在移动机器人的顶部支架中间，其与ARM控制板通过I2C通讯连接；所述防跌落传感器安装在移动机器人底架上、前从动轮的上方，其与ARM控制板I/O通过屏蔽线直接连接；所述超声波传感器安装在移动机器人底架上、从动轮的上方，其与ARM控制板通过RS485通讯连接；
所述FPGA控制板与ARM控制板之间为串口连接，所述FPGA控制板、ARM控制板分别与数据终端通讯连接。
优选地，所述力传感器、足底压力传感器分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接。
优选地，所述FPGA控制板、ARM控制板分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明可通过操作数据终端的显示屏设置相应的运动模式和训练参数，信息通过通讯模块发送至ARM控制器，ARM控制器发指令至无刷电机，再通过拉力传感器的信息反馈，精确地控制减重重量；下肢双腿外骨骼和移动机器人的驱动轮也可以接收控制器的指令，开始协调带动人体运动；超声波和防跌落传感器实时扫描道路上的障碍，将信息传递至控制器，进行动态避障；激光雷达传感器扫描地面信息传至控制器，控制器选择最优的规划路径进行运动。
2、本发明通过力传感器、足底压力传感器采集病人的训练的人机交互力、关节运动角度、速度等信息，实时通过通讯模块上传患者的训练信息至数据终端，通过数据终端，患者家属和医生可以实时的了解患者的训练情况。
3、本发明通过力传感器、足底压力传感器采集病人的训练的人机交互力、关节运动角度、速度等信息，实时监测人体的运动力，把力的信号传给FPGA控制器，FPGA控制器通过控制各关节电机使外骨骼本体更好的适应人体的运动，使人感觉更为舒适。
附图说明
图1为本发明的移动式下肢外骨骼康复机器人的结构示意图；
图2为本发明的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统的结构组成图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
实施例
一种移动式下肢外骨骼康复机器人，如图1所示，包括移动机器人1、下肢外骨骼机器人2、减重装置3，其中，所述移动机器人1底架上安装有两个驱动轮11，四个从动轮12，所述驱动轮11上设有轮毂电机；所述外骨骼机器人2安装于移动机器人1龙门架的内侧，其与移动机器人1通过螺栓或其它连接装置连接；所述外骨骼机器人2还设有四个电机，分别安装于外骨骼的髋关节和膝关节；所移动机器人1上端两侧设有减重装置3，其中，所述移动机器人1上端两侧的支架上固定安装有直线滑轨13，直线滑轨上安装有滑块14，滑块14外侧固定连接减重装置；所述直线滑轨13内侧设有丝杆，直线滑轨13一端设有无刷电机，所述无刷电机转轴与丝杆连接，无刷电机驱动丝杆转动进而带动滑块沿着直线滑轨13上下移动。
如图2所示，上述移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，其中，
所述下肢外骨骼机器人控制系统包括FPGA控制板、力传感器、足底压力传感器、左右膝关节电机、左右髋关节电机，其中，所述FPGA控制板安装在移动机器人的顶部支架上，其分别与上述各电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述FPGA控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各电机通过电源线、编码线和信号线连接；FPGA控制板发出控制指令，通过can接口传到各电机驱动器，各电机驱动器经过信号线传至电机，各电机电机转动，控制器101同时下发四个控制信号给四个电机，电机同时按照指令转动，不同的指令导致电机驱动器输出不同的电流，从而控制电机不同的速度，驱动器输出电流越大速度越大，驱动器输出电流越小，电机转速越小。所述力传感器安装在安装在下肢外骨骼机器人大腿杆中部和大腿杆中部，其串口电性连接FPGA控制板串口，力传感器通过检测人体与外骨骼之间的挤压力的变化，把信息传送至FPGA控制板。所述足底压力传感器安装在下肢外骨骼机器人脚踏板中部，其与FPGA控制板的spi总线接口通过电线相连，足底压力传感器通过检测脚底的挤压力来反馈足底压力给FPGA控制板。同时，所述力传感器、足底压力传感器分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接；将数据上传给数据终端。下肢外骨骼机器人部分整体的工作方式为FPGA控制板发送指令至各个关节电机，电机运动，力传感器、足底压力传感器采集人体运动的信息，反馈至FPGA控制板，同时上传给数据终端。
所述移动机器人控制系统包括ARM控制板、无刷电机、两个轮毂电机、拉力传感器、防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达传感器，其中，ARM控制板的PB5、PB6、PB7接口分别电性连接无刷电机的电机驱动器的sv、F/R、BRK接口，分别控制无刷电机的信号、方向和急停，电机驱动器与无刷电机之间采用电源线、编码线和信号线连接；ARM控制板通过改变PWM波的频率来控制无刷电机的转速，PWM的占空比越大，则无刷电机转速越快；所述ARM控制板与上述各轮毂电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述ARM控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各轮毂电机通过电源线、编码线和信号线连接；ARM控制板同时发送指令至两个轮毂电机的电机驱动器，两个驱动器同时相应控制器的指令，从而达到两个轮子同步运动，直线行驶，两个轮子转弯时采用差速控制，即ARM控制板发送不同的速度指令，即不同的电压，给两个轮毂电机，两个轮子差速转动，开始转弯运动。采集路面信息的构建地图的激光雷达传感器安装在移动机器人的顶部支架中间，其与ARM控制板通过I2C通讯连接；所述防跌落传感器安装在移动机器人底架上、前从动轮的上方，其与ARM控制板I/O通过屏蔽线直接连接；所述超声波传感器安装在移动机器人底架上、从动轮的上方，其与ARM控制板通过RS485通讯连接。移动机器人的整体工作方式为，ARM控制板发送减重指令后，无刷电机转动，拉力传感器采集信息达到预设值，反馈给ARM控制板，控制无刷电机停止转动，轮毂电机接收ARM控制板的指令，驱动机器人前进、后退、转弯、刹车等，ARM控制板收集防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达传感器采集的路面的障碍信息和地面信息，实现移动机器人的自主避障和路径规划。
所述FPGA控制板与ARM控制板之间为串口连接，实现外骨骼和移动机器人协调配合运动，所述FPGA控制板、ARM控制板分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接，可根据数据终端设置的运动模式和训练参数来对病患进行训练。
整个控制系统的供电系统为两块锂电池串接构成的锂电池组，所述锂电池组安装在移动机器人的支架上，各电机与锂电池组的连接方式为：从锂电池组引线到各个电机的电机驱动器正负极电源接口；两块控制板和足底压力传感器、力传感器、超声波传感器、激光雷达传感器、防跌落传感器、拉力传感器都采用5V供电，连接方式为：从锂电池组引出正负极电源线到LM2596降压调节模块，LM2596将24V的电压转化为5V电压，从LM2596模块的5V电压接口引线连接到各个传感器和控制板的电源端接口。
尽管已经对上述实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓或其它连接装置连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置。
2.根据权利要求1所述一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于所述移动机器人上端两侧的支架上固定安装有直线滑轨，直线滑轨上安装有滑块，滑块外侧固定连接减重装置；所述直线滑轨内侧设有丝杆，直线滑轨一端设有无刷电机，所述无刷电机转轴与丝杆连接，无刷电机驱动丝杆转动进而带动滑块沿着直线导轨上下移动。
3.根据权利要求1所述一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于所述驱动轮上设有轮毂电机。
4.根据权利要求1所述一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于所述外骨骼机器人还设有四个电机，分别安装于外骨骼的髋关节和膝关节。
5.根据权利要求1-4任意一种所述的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，其特征在于包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，其中：
所述下肢外骨骼机器人控制系统包括FPGA控制板、力传感器、足底压力传感器、左右膝关节电机、左右髋关节电机，其中，所述FPGA控制板安装在移动机器人的顶部支架上，其分别与上述各电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述FPGA控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述力传感器安装在安装在下肢外骨骼机器人大腿杆中部和大腿杆中部，其串口电性连接FPGA控制板串口；所述足底压力传感器安装在下肢外骨骼机器人脚踏板中部，其与FPGA控制板的spi总线接口通过电线相连；所述力传感器、足底压力传感器分别与数据终端通讯连接；
所述移动机器人控制系统包括ARM控制板、无刷电机、两个轮毂电机、拉力传感器、防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达传感器，其中，ARM控制板的PB5、PB6、PB7接口分别电性连接无刷电机的电机驱动器的sv、F/R、BRK接口，分别控制无刷电机的信号、方向和急停，电机驱动器与无刷电机之间采用电源线、编码线和信号线连接；所述ARM控制板与上述各轮毂电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述ARM控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各轮毂电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述激光雷达传感器安装在移动机器人的顶部支架中间，其与ARM控制板通过I2C通讯连接；所述防跌落传感器安装在移动机器人底架上、前从动轮的上方，其与ARM控制板I/O通过屏蔽线直接连接；所述超声波传感器安装在移动机器人底架上、从动轮的上方，其与ARM控制板通过RS485通讯连接；
所述FPGA控制板与ARM控制板之间为串口连接，所述FPGA控制板、ARM控制板分别与数据终端通讯连接。
6.根据权利要求5所述的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，其特征在于所述力传感器、足底压力传感器分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接。
7.根据权利要求5所述的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，其特征在于所述FPGA控制板、ARM控制板分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接。
8.根据权利要求5-7任意一种所述的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，其特征在于整个控制系统的供电系统为两块锂电池串接构成的锂电池组，所述锂电池组安装在移动机器人的支架上，各电机与锂电池组的连接方式为：从锂电池组引线到各个电机的电机驱动器正负极电源接口；两块控制板和足底压力传感器、力传感器、超声波传感器、激光雷达传感器、防跌落传感器、拉力传感器都采用5V供电，连接方式为：从锂电池组引出正负极电源线到LM2596降压调节模块，LM2596将24V的电压转化为5V电压，从LM2596模块的5V电压接口引线连接到各个传感器和控制板的电源端接口。
CN201910392626.4A 2019-05-13 2019-05-13 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统 Pending CN110236875A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910392626.4A CN110236875A (zh) 2019-05-13 2019-05-13 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910392626.4A CN110236875A (zh) 2019-05-13 2019-05-13 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110236875A true CN110236875A (zh) 2019-09-17

Family

ID=67884312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910392626.4A Pending CN110236875A (zh) 2019-05-13 2019-05-13 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110236875A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110960403A (zh) * 2019-12-31 2020-04-07 布法罗机器人科技（成都）有限公司 一种行走安全支架及外骨骼机器人
CN111658445A (zh) * 2020-07-20 2020-09-15 上海金矢机器人科技有限公司 用于下肢康复训练的髋关节结构和被动步态协调控制方法
CN111685979A (zh) * 2020-06-10 2020-09-22 遂宁市中心医院 一种神经康复运动训练装置
CN111939009A (zh) * 2020-07-01 2020-11-17 南京伟思医疗科技股份有限公司 一种双轨道循迹的康复减重步行训练车及循迹方法
CN112076067A (zh) * 2020-09-01 2020-12-15 北京理工大学 一种用于康复机器人的减重机构
CN112076068A (zh) * 2020-09-01 2020-12-15 北京理工大学 一种移动式人体下肢康复训练机器人
CN112263440A (zh) * 2020-11-17 2021-01-26 南京工程学院 一种柔性下肢外骨骼与助行器共融康复助力方法及装置
CN113001522A (zh) * 2021-04-09 2021-06-22 杭州程天科技发展有限公司 多功能机械外骨骼
CN114146374A (zh) * 2021-12-27 2022-03-08 杭州电子科技大学 一种基于足底压力主动调速的下肢康复集成系统
WO2022188605A1 (zh) * 2021-03-10 2022-09-15 王继荣 多功能下肢康复智能辅助行走机器人
CN115192395A (zh) * 2022-05-30 2022-10-18 芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司 一种下肢外骨骼随动支撑设备控制系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102670379A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 上海交通大学 移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人
CN103722550A (zh) * 2014-01-17 2014-04-16 上海交通大学 外骨骼机器人的嵌入式系统
CN107374911A (zh) * 2017-08-29 2017-11-24 中航创世机器人（东莞）有限公司 一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人
CN108245840A (zh) * 2018-01-12 2018-07-06 深圳市瀚翔生物医疗电子股份有限公司 一种龙门式下肢训练康复设备
CN109582020A (zh) * 2018-12-05 2019-04-05 广西科技大学 一种遥控式康复机器人避障控制系统
CN109568089A (zh) * 2019-01-24 2019-04-05 中国科学技术大学 一种随动式下肢步态训练康复机器人系统
CN211300953U (zh) * 2019-05-13 2020-08-21 广西科技大学 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102670379A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 上海交通大学 移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人
CN103722550A (zh) * 2014-01-17 2014-04-16 上海交通大学 外骨骼机器人的嵌入式系统
CN107374911A (zh) * 2017-08-29 2017-11-24 中航创世机器人（东莞）有限公司 一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人
CN108245840A (zh) * 2018-01-12 2018-07-06 深圳市瀚翔生物医疗电子股份有限公司 一种龙门式下肢训练康复设备
CN109582020A (zh) * 2018-12-05 2019-04-05 广西科技大学 一种遥控式康复机器人避障控制系统
CN109568089A (zh) * 2019-01-24 2019-04-05 中国科学技术大学 一种随动式下肢步态训练康复机器人系统
CN211300953U (zh) * 2019-05-13 2020-08-21 广西科技大学 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110960403B (zh) * 2019-12-31 2021-08-24 布法罗机器人科技（成都）有限公司 一种行走安全支架及外骨骼机器人
CN110960403A (zh) * 2019-12-31 2020-04-07 布法罗机器人科技（成都）有限公司 一种行走安全支架及外骨骼机器人
CN111685979A (zh) * 2020-06-10 2020-09-22 遂宁市中心医院 一种神经康复运动训练装置
CN111939009A (zh) * 2020-07-01 2020-11-17 南京伟思医疗科技股份有限公司 一种双轨道循迹的康复减重步行训练车及循迹方法
CN111658445A (zh) * 2020-07-20 2020-09-15 上海金矢机器人科技有限公司 用于下肢康复训练的髋关节结构和被动步态协调控制方法
CN112076067A (zh) * 2020-09-01 2020-12-15 北京理工大学 一种用于康复机器人的减重机构
CN112076068A (zh) * 2020-09-01 2020-12-15 北京理工大学 一种移动式人体下肢康复训练机器人
CN112263440A (zh) * 2020-11-17 2021-01-26 南京工程学院 一种柔性下肢外骨骼与助行器共融康复助力方法及装置
CN112263440B (zh) * 2020-11-17 2022-11-01 南京工程学院 一种柔性下肢外骨骼与助行器共融康复助力方法及装置
WO2022188605A1 (zh) * 2021-03-10 2022-09-15 王继荣 多功能下肢康复智能辅助行走机器人
CN113001522A (zh) * 2021-04-09 2021-06-22 杭州程天科技发展有限公司 多功能机械外骨骼
CN113001522B (zh) * 2021-04-09 2022-05-17 杭州程天科技发展有限公司 多功能机械外骨骼
CN114146374A (zh) * 2021-12-27 2022-03-08 杭州电子科技大学 一种基于足底压力主动调速的下肢康复集成系统
CN115192395A (zh) * 2022-05-30 2022-10-18 芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司 一种下肢外骨骼随动支撑设备控制系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110236875A (zh) 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统
CN103230320B (zh) 一种可重构的轮腿复合式轮椅车
CN107374911B (zh) 一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人
CN109397245A (zh) 一种护理机器人
CN107049702A (zh) 一种基于虚拟现实的下肢康复训练机器人系统
CN107874984A (zh) 多功能下肢步态复健与助走机器装置结构改良
CN105832496A9 (zh) 一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法
CN103622792A (zh) 外骨骼助力机器人的信息采集与控制系统
CN209092068U (zh) 一种上肢综合评估与康复训练机器人
CN102486648A (zh) 一种自主移动机器人平台
CN111449913A (zh) 一种下肢康复训练设备及其双足末端执行器
CN211300953U (zh) 一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统
CN104921905A (zh) 步态康复训练装置
CN208942774U (zh) 康复养老用智能天轨系统
CN110974631B (zh) 一种非对称下肢外骨骼机器人及控制方法
CN2930694Y (zh) 减重踏步式下肢康复运动器
CN108508909A (zh) 一种基于综合导航的输电线路巡视机器人及其巡线方法
CN102872541A (zh) 一种放射治疗床装置
CN208115052U (zh) 上肢康复训练装置
CN103932847A (zh) 一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法
CN209224997U (zh) 一种便于自动调节的农业装备驾驶室座椅试验台
CN106377368B (zh) 一种多功能折叠康复护理床
CN2843959Y (zh) 拉车机器人
CN206790887U (zh) 一种履带式遥控电动微耕机
CN211723888U (zh) 一种上肢关节康复训练仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190917