仿生腿控制系统技术方案

本实用新型专利技术实施例提供一种仿生腿控制系统，用于控制安装于人体的仿生腿，包括：感应模块，安装于所述仿生腿和人体健康腿，用于检测仿生腿和人体健康腿的肢体运动数据，所述肢体运动数据包括：反映仿生腿的膝关节角度的第一数据、反映所述人体健康腿的膝关节角度的第二数据以及反映仿生腿与人体健康腿的足部各点压力的足部压力数据；主控模块，所述主控模块的一端与所述感应模块连接、另一端与仿生腿内置的伺服电机的伺服驱动器连接，用于根据感应模块发来的所述肢体运动数据进行计算后输出控制信号给所述伺服驱动器以驱动伺服电机控制所述仿生腿的膝关节角度和刚度。本实用新型专利技术能有效保证仿生腿的控制信号的稳定性，并提升可扩展性及可操作性。

Bionic Leg Control System

【技术实现步骤摘要】
仿生腿控制系统
本技术实施例涉及仿生腿控制领域，尤其涉及一种仿生腿控制系统。
技术介绍
仿生腿是一种帮助残疾人恢复生产能力，使残疾人自力更生的机械电子装置。现有的仿生腿基本都采用伺服电机及其伺服驱动器来实现动作控制，并对应配套开发有控制系统。然而，目前的控制系统一般需要采用相应配套型号的仿生腿进行开发，导致无法兼容其他型号的仿生腿；另外，控制系统采用整体式的设计方式，因此，整个系统相对封闭，无法另外添加各类功能性的拓展模块，导致仿生腿的控制方式较为单一，而且一旦系统发生故障，必须对系统所有回路进行调试，操作难度也高，仿生腿控制效果较差。
技术实现思路
本技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种仿生腿控制系统，能有效提升系统的扩展性及操作性。为了解决上述技术问题，本技术实施例提供以下技术方案：一种仿生腿控制系统，用于控制安装于人体的仿生腿，包括：感应模块，安装于所述仿生腿和人体健康腿，用于检测所述仿生腿和人体健康腿的肢体运动数据，所述肢体运动数据包括：反映所述仿生腿的膝关节角度的第一数据、反映所述人体健康腿的膝关节角度的第二数据以及反映所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力的足部压力数据；主控模块，所述主控模块的一端与所述感应模块连接、另一端与所述仿生腿内置的伺服电机的伺服驱动器连接，用于根据感应模块发来的所述肢体运动数据进行计算后输出控制信号给所述伺服驱动器以驱动伺服电机控制所述仿生腿的膝关节角度和刚度。进一步的，所述感应模块包括：检测单元，所述检测单元包括：仿生腿感应器，安装所述仿生腿上，用于感应及获得为数字信号形式的所述第一数据；健康腿感应器，安装于所述人体健康腿上，用于感应并生成为数字信号形式的所述第二数据；以及压力感应器，分别安装于所述仿生腿和人体健康腿上，用于分别感应并生成所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力并输出为数字信号形式的足部压力数据。进一步的，所述感应模块还包括：具有多个接口的ARM芯片，所述ARM芯片与所述主控模块通信连接，还与所述仿生腿感应器、健康腿感应器和压力感应器中的至少一个的输出端相连以对应获得所述第一数据、第二数据及/或足部压力数据并发送给所述主控模块；以及用于支持所述ARM芯片正常工作的ARM芯片外围电路。进一步的，所述压力感应器包括：模拟信号压力感应元件，分别安装于所述仿生腿和人体健康腿上，用于分别感应并生成所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力并输出足部压力模拟信号；模数转换组件，用于将所述足部压力模拟信号转换为数字信号形式的足部压力数据。进一步的，所述模数转换组件包括：模数转换电路，所述模数转换电路的信号输入端对应连接至所述模拟信号压力感应元件的信号输出端，用于将足部压力模拟信号转化为足部压力数字信号后输出。进一步的，所述模数转换组件还包括：低频滤波电路，所述低频滤波电路的信号输入端和信号输出端分别对应连接至所述模拟信号压力感应元件的信号输出端和所述模数转换电路的信号输入端，用于滤除所述足部压力模拟信号中的干扰信号并抑制足部压力模拟信号的幅度后输出给所述模数转换电路。进一步的，所述ARM芯片外围电路包括：连接至所述ARM芯片的对应接口的复位电路，用于为ARM芯片提供复位信号；连接至所述ARM芯片的对应接口的BOOT电路，用于改变ARM芯片的启动模式；连接至所述ARM芯片的对应接口的稳压电路，用于为ARM芯片提供稳定的工作电压；连接至所述ARM芯片的对应接口的基准电压电路，用于为ARM芯片提供外部基准电压；以及连接至所述ARM芯片的对应接口的JTAG仿真下载电路，用于将调试代码下载至ARM芯片的Flash单元中以及监视ARM芯片内部数据变化。进一步的，所述信号采集单元还包括：晶振电路，所述晶振电路的信号输出端分别连接至所述ARM芯片与模数转换电路的对应接口，用于为所述ARM芯片和模数转换电路提供相应的时钟频率信号。进一步的，所述控制系统还包括：通信模块，所述通信模块的一端通过串口与所述主控模块连接另一端通过CAN总线与所述伺服驱动器连接，用于将所述主控模块输出的串行控制信号转化为差分控制信号再发送给所述伺服驱动器以及接收伺服驱动器反馈的差分应答信号并转化为串行应答信号再发送给所述主控模块。进一步的，所述控制系统还包括用于分别给所述感应模块、主控模块和通信模块提供稳定的工作电压的电源模块，所述电源模块包括：稳定电压源，用于提供稳定的外部输入电压；以及变压电路，连接所述稳定电压源，用于获得外部输入电压并将外部输入电压调整至预定的工作电压后输出。采用上述技术方案后，本技术实施例至少具有如下有益效果：本技术实施例提供的感应模块和主控模块的双模块的仿生腿控制系统，通过感应模块检测反映所述仿生腿的膝关节角度的第一数据、反映所述人体健康腿的膝关节角度的第二数据以及反映所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力的足部压力数据，而主控模块根据上述肢体数据信号控制伺服电机运动，实现对仿生腿的膝关节角度和刚度加以控制，具有很高的实时性，能对感应模块反馈的信息及时做出响应，保证仿生腿控制精度。同时由于模块化的设计，系统组成具有较强的灵活性，在满足模块间的数据与信号传输的要求的前提下，用户可根据自己的需求扩展新的模块与功能。而且不同模块可以同时进行开发，缩短生产周期，可以适配市场上各种型号的仿生腿。附图说明图1是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的原理方框图。图2是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例进一步的原理方框图。图3是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的模拟信号压力感应元件的电路图。图4是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的模数转换电路图。图5是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的低频滤波电路图。图6是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的复位电路图。图7是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的BOOT电路图。图8是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的稳压电路图。图9是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的基准电压电路图。图10是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的JTAG仿真下载电路图。图11是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的ARM芯片及其外围电路的原理方框图。图12是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的ARM芯片引脚图。图13是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的晶振电路图。图14是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的电源模块原理方框图。图15是本技术仿生腿控制系统一个可选实施例的变压电路图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本技术，并不作为对本技术的限定，而且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。如图1所示，本技术实施例提供一种仿生腿控制系统，用于控制安装于人体的仿生腿，包括：感应模块1，安装于所述仿生腿和人体健康腿，用于检测所述仿生腿和人体健康腿的肢体运动数据，所述肢体运动数据包括：反映所述仿生腿的膝关节角度的第一数据、反映所述人体健康腿的膝关节角度的第二数据以及反映所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力的足部压力数据；主控模块3，所述主控模块1的一端与所述感应模块3连接、另一端与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生腿控制系统，用于控制安装于人体的仿生腿，其特征在于，包括：感应模块，安装于所述仿生腿和人体健康腿，用于检测所述仿生腿和人体健康腿的肢体运动数据，所述肢体运动数据包括：反映所述仿生腿的膝关节角度的第一数据、反映所述人体健康腿的膝关节角度的第二数据以及反映所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力的足部压力数据；主控模块，所述主控模块的一端与所述感应模块连接、另一端与所述仿生腿内置的伺服电机的伺服驱动器连接，用于根据感应模块发来的所述肢体运动数据进行计算后输出控制信号给所述伺服驱动器以驱动伺服电机控制所述仿生腿的膝关节角度和刚度。

【技术特征摘要】
1.一种仿生腿控制系统，用于控制安装于人体的仿生腿，其特征在于，包括：感应模块，安装于所述仿生腿和人体健康腿，用于检测所述仿生腿和人体健康腿的肢体运动数据，所述肢体运动数据包括：反映所述仿生腿的膝关节角度的第一数据、反映所述人体健康腿的膝关节角度的第二数据以及反映所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力的足部压力数据；主控模块，所述主控模块的一端与所述感应模块连接、另一端与所述仿生腿内置的伺服电机的伺服驱动器连接，用于根据感应模块发来的所述肢体运动数据进行计算后输出控制信号给所述伺服驱动器以驱动伺服电机控制所述仿生腿的膝关节角度和刚度。2.如权利要求1所述的仿生腿控制系统，其特征在于，所述感应模块包括：检测单元，所述检测单元包括：仿生腿感应器，安装所述仿生腿上，用于感应及获得为数字信号形式的所述第一数据；健康腿感应器，安装于所述人体健康腿上，用于感应并生成为数字信号形式的所述第二数据；以及压力感应器，分别安装于所述仿生腿和人体健康腿上，用于分别感应并生成所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力并输出为数字信号形式的足部压力数据。3.如权利要求2所述的仿生腿控制系统，其特征在于，所述感应模块还包括：具有多个接口的ARM芯片，所述ARM芯片与所述主控模块通信连接，还与所述仿生腿感应器、健康腿感应器和压力感应器中的至少一个的输出端相连以对应获得所述第一数据、第二数据及/或足部压力数据并发送给所述主控模块；以及用于支持所述ARM芯片正常工作的ARM芯片外围电路。4.如权利要求3所述的仿生腿控制系统，其特征在于，所述压力感应器包括：模拟信号压力感应元件，分别安装于所述仿生腿和人体健康腿上，用于分别感应并生成所述仿生腿与人体健康腿的足部各点压力并输出足部压力模拟信号；模数转换组件，用于将所述足部压力模拟信号转换为数字信号形式的足部压力数据。5.如权利要求4所述的仿生腿控制系统，其特征在于，所述模数转换组件包括：模数转换电路，所述模数转换电路的信号输入端对应连接至所述模拟信号压力感应元件的信号输出端，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭芳，周桥，钟德宝，蔡凯滨，黎萍，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：新型
国别省市：广东,44