| 主权项 |
一种康复助行机器人，包括扶手架(1)、连接架(23)，平板式微型计算机(2)、S型支撑杆(9)和底盘(14)，其特征在于：所述扶手架(1)为U形架，U形架两端分别通过扶手套筒(4)连接扶手推杆(5)，左边的扶手套筒(4)和扶手推杆(5)之间装有左拉压力传感器(24)，右边的扶手套筒(4)和扶手推杆(5)之间装有右拉压力传感器(6)；所述连接架(23)为垂直放置的矩形架，扶手架(1)通过四个水平放置的直线轴承(7)与连接架(23)在其四个顶点上固定；扶手架(1)前部左或右侧与连接架(23)左或右竖边中部之间装有侧拉压力传感器(25)；平板式微型计算机(2)通过支撑座(3)安装在连接架(23)上；连接架(23)下端装有六维力传感器(8)，S型支撑杆(9)一端连接六维力传感器(8)，S型支撑杆(9)另一端通过套管安装在底盘(14)上，通过紧固螺钉(10)调节S型支撑杆(9)在套管内的长度；底盘(14)上安装有底座横杆(15)，底座横杆两端分别通过轴销连接支撑架(17)，底座横杆(15)与两个支撑架(17)的连接处安装有角度传感器(19)，两个电动推杆(16)的一端通过轴销连接在底座横杆(15)中部，两个电动推杆(16)的另一端通过轴销分别连接在两个支撑架中部，两个支撑架末端分别安装有万向轮(18)；底盘(14)底部中心对称分布安装三个麦克纳姆轮(20)，三个直流电机(21)分别通过电机架和轴承固定在麦克纳姆轮(20)的内侧；底盘(14)底部中心安装有倾度传感器(22)；所述底盘(14)上表面装有控制箱(11)，控制箱(11)的后方底部分别安装有两个激光测距仪(12)，控制箱(11)的前方底部安装有六个红外线传感器(13)，其中探测方向为左向、前向、右向的红外线传感器各2个；所述控制箱(11)内部装有信号采集电路、电机驱动电路和锂电池，所述左拉压力传感器(24)、右拉压力传感器(6)、侧拉压力传感器(25)、六维力传感器(8)、各角度传感器(19)、倾度传感器(22)、各激光测距 仪(12)及各红外线传感器(13)输出信号通过信号采集电路转换为相应数字信号，送至平板式微型计算机进行处理；电机驱动电路执行平板式微型计算机输出的控制信号，分别驱动各直流电机及各电动推杆；锂电池为各电气部件、平板式微型计算机及各直流电机供电；所述平板式微型计算机加载环境自适应模块、运动意图辨识模块、速度控制模块、跌倒预防模块和电机驱动模块；A.环境自适应模块进行下述操作：A1.分析各红外线传感器的数字信号，判断是否左向、前向、右向任意一个红外线传感器返回高电平信号，是则进行A2，否则置环境感知信号Iv＝0，左向速度锁定信号Ll、前向速度锁定信号Lf、右向速度锁定信号Lr置0，将Iv、Ll、Lf、Lr输入到电机驱动模块；转A3；A2.置Iv＝1，将对应的左向速度锁定信号Ll、前向速度锁定信号Lf、右向速度锁定信号Lr置1，将Iv、Ll、Lf、Lr输入到电机驱动模块；转A3；A3.分析倾度传感器传回的倾角数字信号α，计算重力补偿分量Ff：Ff＝G×Sinα，式中，G为康复助行机器人总重量；将Ff输入到运动意图辨识模块；B.运动意图辨识模块进行下述操作：B1.接收用户输入的行走模式指令，重力补偿分量Ff，扶手推杆上左拉压力传感器24、右拉压力传感器6传回的左手推拉力数字信号Fl、右手推拉力数字信号Fr，以及侧拉压力传感器25传回的水平力数字信号Flh；B2.分析用户输入的行走模式指令，确定转向速度最大值Vr’、前后直行速度最大值Vlfb’、左右直行速度最大值Vllr’、前进力阈值Flf’、后退力阈值Flb’、左转力阈值Frl’、右转力阈值Frr’、水平左行力阈值Fll’、水平右行力阈值Flr’、人机相对位移近距离阈值Sn’以及人机相对位移远距离阈值Sf’；B3.判断运动意图，以前向和左向为正方向，顺序包括下述过程：B3‑1.计算转向意图力Frlr＝Fl‑Fr；判断是否Frr’≤Frlr≤Frl’，是则无转向意图，否则有转向意图，进行过程B3‑2；B3‑2.计算前后直行意图力Flfb＝Ff+Fl+Fr；判断是否Flb’≤Flfb≤Flf’，是则无前后直行意图，否则有前后直行意图，进行过程B3‑3；B3‑3.计算左右直行意图力Fllr＝Flh；判断是否Flr’≤Fllr≤Fll’，是则无左右直行意图，否则有左右直行意图；B4.将Frlr、Flfb、Fllr、有或无转向意图、有或无前后直行意图、有或无左右直行意图输入到速度控制模块；C.速度控制模块接收意图辨识模块输入的转向速度最大值Vr’、前后直行速度最大值Vlfb’、左右直行速度最大值Vllr’、前进力阈值Flf’、后退力阈值Flb’、左转力阈值Frl’、右转力阈值Frr’、水平左行力阈值Fll’、水平右行力阈值Flr’。以前向和左向为正方向设定运动速度，顺序包括下述过程：进行下述操作：C1.判断是否有转向意图，是则置转向速度Vr＝Frlr×|2×|Frlr|‑Frl’+Frr’|/K1，否则置Vr＝0；转向速度转换系数K1为120N2×s/m～180N2×s/m；然后判断是否Vr＞Vr’，是则置Vr＝Vr’；否则判断是否Vr＜‑Vr’，是则置Vr＝‑Vr’，否则Vr不变；C2.判断是否有前后直行意图，是则置前后直行速度Vlfb＝Flfb×|2×|Flfb|‑Flf’+Flb’|/K2；否则置Vlfb＝0；前后直行速度转换系数K2为180N2×s/m～220N2×s/m；然后判断是否Vlfb＞Vlfb’，是则置Vlfb＝Vlfb’；否则判断是否Vlfb＜‑Vlfb’，是则置Vlfb＝‑Vlfb’，否则Vlfb不变；C3.判断是否有左右直行意图，是则置左右直行速度Vllr＝Fllr×|2×|Fllr|‑Fll’+Flr’|/K3，否则置Vllr＝0；左右直行速度转换系数K3为100N2×s/m～150N2×s/m；然后判断是否Vllr＞Vllr’，是则置Vllr＝Vllr’，否则判断是否Vllr＜‑Vllr’，是置取Vllr＝‑Vllr’，否则Vllr不变；C4.将Vr、Vlfb、Vllr输入到跌倒预防模块；D.跌倒预防模块进行如下操作：D1.接收两个激光测距仪输入的用户左、右两腿与机器人之间相对位移数字信号Sl与S2，接收意图辨识模块输入的人机相对位移近距离阈值Sn’以及人机相对位移远距离阈值Sf’；D2.判断用户是否处于正常行走状态，以前向为正方向，顺序包括下述过程：D2‑1.判断是否Sn’＜S1＜Sf’并且Sn’＜S2＜Sf’，是则为正常行走状态，Vr、Vlfb、Vllr保持不变；否则进行D2‑2；D2‑2.判断是否max{S1，S2}＞Sf’，是则为即将跌倒状态，置Vlfb＝K4×(2×Sf’‑S1‑S2)，Vr、Vllr保持不变；否则进行D2‑3；跌倒速度转换系数K4为‑2.0/s～‑3.0/s；D2‑3.判断是否min{S1，S2}＜Sn’，是则为过于靠近状态，分别置Vr＝K5×Vr、Vlfb＝K5×Vlfb、Vllr＝K5×Vllr；否则Vr、Vlfb、Vllr保持不变；靠近速度转换系数K5为0.9～1.5；E.电机驱动模块进行如下操作：E1.接收Iv、Ll、Lf、Lr、Vr、Vlfb、Vllr；E2.顺序执行以下操作：E2‑1.判断是否Lf＝1且Vlfb＞0，是则置Vlfb＝0；否则Vlfb保持不变；E2‑2.判断是否Ll＝1且Vllr＞0，是则置Vllr＝0；否则Vllr保持不变；E2‑3.判断是否Lr＝1且Vllr＜0，是则置Vllr＝0；否则Vllr保持不变；E3.将上述Vr、Vlfb、Vllr合成得到机器人运动的合速度V，根据三轮全向移动要求，将V进行速度分解后分别得到三个麦克纳姆轮的转动速度，将三个转动速度对应的速度控制信号输出到电机驱动电路；E4.判断是否Iv＝0，是则向电机驱动电路输出电动推杆正转控制信号，否则向电机驱动电路输出电动推杆反转控制信号。 |
