一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法，控制模块根据接收到运动状态检测模块和姿态检测模块发来的运动信息和姿态信息进行计算和判断，得出用户的实时运动状态是否异常，如用户实时运动状态异常，则发出启动安全模式的指令，如实时运动状态正常，则发出下一步运动指令；一安全模块，用于接收所述控制模块发送的启动安全模式的指令，根据该指令启动安全模式；一驱动模块，用于接收所述控制模块发送的下一步运动指令，根据该指令驱动辅助装置运动。本发明专利技术提供的一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法的有益效果在于：安全性高，力矩大，便于根据需求进行调整，适应性强，具有良好的推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法
本专利技术涉及智能机器人
，具体来说是一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法。
技术介绍
随着快速老龄化社会的来临，许多人可能正由于关节问题而经受不便和/或疼痛。因此，对于能够使具有关节问题的老年人和/或患者步行更轻松的步行辅助装置的兴趣日益增长。此外，用于加强人体的肌肉力量的步行辅助装置可用于军事目的。同时为了使残疾人实现自主行走，现在有许多公司推出了自己的行走辅助装置，例如Rewalk，HAL，REX等都是这类产品的典型代表。以下专利与申请技术最为接近：公开号CN105726267A，辅助扭矩设置方法和设备，三星电子株式会社，以及公开号CN106166105A，步行辅助装置，本田技研工业株式会社。上述两种辅助装置分别有如下缺点：1.步行辅助装置大都仅考虑了平地行走的情况，同时由于重量和体积的限制，无法输出足够辅助爬楼的力矩。这些产品没有任何安全监测与硬性保护措施，使用者的安全无法保证2.ReWalk一类的外骨骼，有着动力充沛，复杂地形适应性好的优点，但同时体积重量较大，并不适合在楼梯这一类狭窄地形中使用。而且用户处于完全被动的状态，用户体验较差。同时若使用者之前有一定运动能力，长时间使用ReWalk的话，由于使用者完全处于被动状态，由机器带动人体，容易导致肌肉萎缩等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法来解决现有技术中辅助装置适应性差、安全措施欠缺，以及人机互动性能差的缺陷。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种上楼辅助装置的控制系统，辅助装置包括固定在用户身体不同位置的驱动机构；控制系统包括：一控制模块，用于接收各个检测模块发送的信息；一运动状态检测模块，用于检测用户各个部位的运动信息，并将该运动信息发送给所述控制模块；一姿态检测模块，用于检测用户身体姿态信息，并将该姿态信息发送给所述控制模块；控制模块根据接收到的运动信息和姿态信息进行计算和判断，得出用户的实时运动状态是否异常，如用户实时运动状态异常，则发出启动安全模式的指令，如实时运动状态正常，则发出下一步运动指令；一安全模块，用于接收所述控制模块发送的启动安全模式的指令，根据该指令启动安全模式；一驱动模块，用于接收所述控制模块发送的下一步运动指令，根据该指令驱动辅助装置的驱动机构进行下一步动作。优选的，所述驱动机构包括固定在用户左右腿上的伺服电机；所述运动状态检测模块包括固定在所述伺服电机上的第一传感器。优选的，所述第一传感器为伺服电机编码器，或角度传感器，或倾角传感器，或陀螺仪。优选的，所述姿态检测模块包括固定在用户身体各个部位的多个第二传感器。优选的，所述第二传感器为九轴传感器，固定在用户腰部。本专利技术还提供一种上楼辅助装置的控制方法包括以下步骤：1)运动状态检测模块和姿态检测模块分别实时检测用户的运动状态信息和姿态信息，并将运动状态信息和姿态信息发送给控制模块；2)控制模块接收用户的运动状态信息和姿态信息后，根据接收到的运动信息和姿态信息进行计算和判断，得出用户的实时运动状态是否异常，如用户实时运动状态异常，则向安全模块发出启动安全模式的指令，如实时运动状态正常，则向驱动模块发出下一步运动指令；3)安全模块根据接收到的指令，启动安全模式；4)驱动模块根据接收到的下一步运动指令，根据该指令驱动辅助装置的驱动机构进行下一步动作。优选的，辅助装置包括驱动机构；所述驱动机构包括固定在用户左右腿上的伺服电机；所述运动状态检测模块包括固定在所述伺服电机上的第一传感器。优选的，所述第一传感器为伺服电机编码器，或角度传感器，或倾角传感器，或陀螺仪。优选的，所述姿态检测模块包括固定在用户身体各个部位的多个第二传感器。优选的，所述第二传感器为九轴传感器，固定在用户腰部。本专利技术提供的一种上楼辅助装置的控制系统及其控制方法的有益效果在于：本专利技术能够提供充足力矩输出来保证使用者上楼需要，输出力矩由控制模块控制伺服电机通过减速器和传动装置提供，同时加入了姿态检测模块和安全气囊，安全性大大提高。采用力矩控制模式，能够顺从用户自身的运动轨迹，提升用户体验。同时能够保持使用者一定程度上的自主运动能力，大大降低发生肌肉萎缩的几率。最后为了适应不同用户的需要，本专利技术能够根据不同用户的需求进行调整，以更好地贴合个体需求。综上所述，本专利技术有以下几条有益效果：1.由控制模块控制伺服电机通过减速器和传动装置提供充足力矩满足老年人上楼需要。2.加入姿态检测模块和安全气囊，与控制模块相互配合，能够及时检测到突发情况，并接受控制模块发送的安全指令，打开安全气囊，对使用者进行保护，大大提升了危险情况下的安全性。3.采用力矩控制模式，控制不依赖于具体的速度和位置，从而能够顺从用户自身的运动轨迹进行辅助，大大提升了用户的自主性，降低发生肌肉萎缩的概率。4.为了适应不同用户的需要，本专利技术内置了学习功能，通过学习算法(使用深度学习等方式实现)，能够在用户使用产品的同时不断学习，在线修改内置模型的参数，从而达到贴合个体需求的目的。附图说明图1是本专利技术的实施例所提供的一种上楼辅助装置的控制系统的结构框图；图2是本专利技术的实施例所提供的一种上楼辅助装置的控制系统控制原理图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1如图、图2所示，一种上楼辅助装置的控制系统，辅助装置包括固定在用户身体不同位置的驱动机构，本实施例给出固定在用户左右腿出的伺服电机。控制系统包括：一控制模块，用于接收各个检测模块发送的信息；实施例给出的控制模块为MCU控制器；一运动状态检测模块，用于检测用户各个部位的运动信息，并将该运动信息发送给所述控制模块；一姿态检测模块，用于检测用户身体姿态信息，并将该姿态信息发送给所述控制模块；控制模块根据接收到的运动信息和姿态信息进行计算和判断，得出用户的实时运动状态是否异常，如用户实时运动状态异常，则发出启动安全模式的指令，如实时运动状态正常，则发出下一步运动指令；一安全模块，用于接收控制模块发送的启动安全模式的指令，根据该指令启动安全模式；安全模式为打开安全气囊；一驱动模块，用于接收控制模块发送的下一步运动指令，根据该指令驱动辅助装置运动。具体结构为：1.运动状态检测模块，用来检测使用者的实时运动信息，即髋关节的角度信息，并将信息上传至MCU进行处理。在本实施例中采用伺服电机编码器信号作为输出，与直接使用角度传感器相比，编码器的精度较高，且输出为数字量，消除了AD转换电路引入的误差。但实际上应包括所有能够检测角度变化的方法，包含但不限于角度传感器，倾角传感器，陀螺仪等。主要技术特征为：传感器分别配置在左右腿的伺服电机处，共2个绝对式编码器，分别与MCU进行连接。信号传输方式包括有线传输和Wi-Fi，蓝牙等所有适用的无线传输方式。2.姿态检测模块：用于检测使用者的身体姿态信息，并将信息上传至MCU进行处理。主要技术特征为：采用九轴传感器作为检测模块，能够同时检测角度，加速度以及地磁强度，进行处理后向上位机MCU输出表示用户实时姿态的四元数信号。传感器的放置位置在本例中为腰部，但实际应包括所有合适的位置，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上楼辅助装置的控制系统，其特征在于：辅助装置包括固定在用户身体不同位置的驱动机构；控制系统包括：一控制模块，用于接收各个检测模块发送的信息；一运动状态检测模块，用于检测用户各个部位的运动信息，并将该运动信息发送给所述控制模块；一姿态检测模块，用于检测用户身体姿态信息，并将该姿态信息发送给所述控制模块；控制模块根据接收到的运动信息和姿态信息进行计算和判断，得出用户的实时运动状态是否异常，如用户实时运动状态异常，则发出启动安全模式的指令，如实时运动状态正常，则发出下一步运动指令；一安全模块，用于接收所述控制模块发送的启动安全模式的指令，根据该指令启动安全模式；一驱动模块，用于接收所述控制模块发送的下一步运动指令，根据该指令驱动辅助装置的驱动机构进行下一步动作。

【技术特征摘要】
1.一种上楼辅助装置的控制系统，其特征在于：辅助装置包括固定在用户身体不同位置的驱动机构；控制系统包括：一控制模块，用于接收各个检测模块发送的信息；一运动状态检测模块，用于检测用户各个部位的运动信息，并将该运动信息发送给所述控制模块；一姿态检测模块，用于检测用户身体姿态信息，并将该姿态信息发送给所述控制模块；控制模块根据接收到的运动信息和姿态信息进行计算和判断，得出用户的实时运动状态是否异常，如用户实时运动状态异常，则发出启动安全模式的指令，如实时运动状态正常，则发出下一步运动指令；一安全模块，用于接收所述控制模块发送的启动安全模式的指令，根据该指令启动安全模式；一驱动模块，用于接收所述控制模块发送的下一步运动指令，根据该指令驱动辅助装置的驱动机构进行下一步动作。2.根据权利要求1所述的一种上楼辅助装置的控制系统，其特征在于：所述驱动机构包括固定在用户左右腿上的伺服电机；所述运动状态检测模块包括固定在所述伺服电机上的第一传感器。3.根据权利要求2所述的一种上楼辅助装置的控制系统，其特征在于：所述第一传感器为伺服电机编码器，或角度传感器，或倾角传感器，或陀螺仪。4.根据权利要求1所述的一种上楼辅助装置的控制系统，其特征在于：所述姿态检测模块包括固定在用户身体各个部位的多个第二传感器。5.根据权利要求4所述的一种上楼辅助装置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张岩岭，陶睿鹏，王琪，于振中，李文兴，
申请(专利权)人：哈工大机器人合肥国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34