一种负重型下肢外骨骼机器人的控制系统

摘要

本发明公开了一种负重型下肢外骨骼机器人控制系统，该系统由两个独立的“子系统”构成，每个“子系统”控制机器人下肢的一侧。每个“子系统”均由信号采集装置、微控制器、运动执行机构以及控制算法四部分组成。信号采集模块完成穿戴者足底压力信号和机器人踝关节角度信号采集；微控制器完成采集数据融合和控制算法的实现；运动执行机构驱动机器人机械部件运动；控制算法采用末端跟随控制算法，使机器人跟随穿戴者运动而运动。本装置解决了负重型下肢外骨骼机器人的运动控制问题，具有结构简单、容易实现和成本低的优点。

主权项

一种负重型下肢外骨骼机器人的控制系统，其特征在于，由两个功能相同子系统构成；每个子系统由信号采集装置、微控制器、运动执行机构以及控制算法组成；所述下肢外骨骼机器人用于为穿戴者下肢提供助力；所述信号采集装置由薄膜压力传感器、磁角度传感器、多通道放大器、多通道低通滤波器构成，完成穿戴者足底压力信号和下肢外骨骼机器人的踝关节角度信号的采集；所述运动执行机构由伺服驱动器组和伺服电缸组组成；所述控制算法采用末端跟随控制算法；信号采集装置采用薄膜压力传感器采集穿戴者的足底压力信号，采用磁传感器采集机器人踝关节的相对旋转角度信号，微控制器将穿戴者足底压力信号装换成数字量，并将获得穿戴者足底压力信号和机器人踝关节角度信号通过末端跟随控制算法计算出下一时刻机器人髋关节和膝关节的角度值，从而计算出相应伺服电缸组的运动控制量；微控制器通过EtherCAT接口将所得运动控制量传送给相应的伺服驱动器组，伺服驱动器组驱动对应伺服电缸组运动；所述压力信号为4路，左右各2路，角度信号为2路，左右各1路，即每个子系统需要2路压力信号和1路角度信号；所述末端跟随控制算法的输入信号为穿戴者足底压力信号和下肢外骨骼机器人的踝关节角度信号。