实现节律柔顺运动的液压外骨骼机器人控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种实现外骨骼机器人节律柔顺运动的控制系统及方法，所述控制系统包括感知与规划系统、伺服控制系统和供电系统；所述感知与规划系统包括感知与规划处理器、足底压力采集模块、人机交互力采集模块、惯性传感器模块和人机交互界面；所述伺服控制系统包括执行层控制器、电液驱动系统、反馈测量单元和机器人本体模块；所述步态模式发生器统一协调产生各个关节参考运动轨迹；所述执行层控制器中包括了力控制算法和位置控制控制算法。本发明专利技术采用层次化、分布式控制系统，通过合理分配各个部分的计算量，不仅提高系统的可靠性与实时性，而且能够提高外骨骼机器人的柔顺性和敏捷性。

【技术实现步骤摘要】
实现节律柔顺运动的液压外骨骼机器人控制系统及方法
本专利技术属于机器人控制
，涉及外骨骼机器人控制系统及控制方法，尤其是一种可实现柔顺液压驱动的外骨骼机器人控制系统及方法。
技术介绍
外骨骼机器人是智能化的人机交互系统，它能有效增强人体负载能力，在单兵机动作战、救灾救援、康复医疗领域具备广阔的应用前景。国际上较为典型外骨骼机器人应用包括美国国防部先进研究项目局(DAPRA)的XOS和HULC、洛克希德马丁公司FORTIS、以色列的Rewalk以及日本筑波大学的HAL等。近年来，中国兵器集团公司、中国船舶重工集团公司、哈尔滨工业大学、北京理工大学、中国科学院等国内科研院所也在针对不同应用场景开展外骨骼机器人的研制。控制系统是决定外骨骼机器人性能指标的最为关键的环节之一。传统的控制策略一般针对每一个运动关节单独地进行位置、力或者力位混合控制，侧重于对机器人底层关节的局部控制。在这种控制模式下，外骨骼关节运动可以看成是一种简单的反射运动，缺少所有关节之间顶层的和全局的协调控制策略，这就导致现有外骨骼机器人与穿戴者之间适应性差，人机之间干涉问题较为严重，人机行走动作僵硬。
技术实现思路
本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现节律柔顺运动的液压外骨骼机器人控制系统，其特征在于：包括感知与规划系统、伺服控制系统和供电系统；所述感知与规划系统包括感知与规划处理器、足底压力采集模块、人机交互力采集模块、惯性传感器数据采集模块和人机交互界面；所述足底压力采集模块的输出端和感知与规划处理器相连接，用于测量足底压力在时间和空间上的分布；所述人机交互力采集模块的输出端和感知与规划处理器相连接，用于测量穿戴者大腿处与外骨骼之间的接触力信息；所述惯性传感器数据采集模块的输出端和感知与规划处理器相连接，用于测量穿戴者下肢大小腿以及上肢躯干姿态信息；所述人机交互模块和感知与规划处理器相连接，用于捕捉、传递和显示人机数据交互；...

【技术特征摘要】
1.一种实现节律柔顺运动的液压外骨骼机器人控制系统，其特征在于：包括感知与规划系统、伺服控制系统和供电系统；所述感知与规划系统包括感知与规划处理器、足底压力采集模块、人机交互力采集模块、惯性传感器数据采集模块和人机交互界面；所述足底压力采集模块的输出端和感知与规划处理器相连接，用于测量足底压力在时间和空间上的分布；所述人机交互力采集模块的输出端和感知与规划处理器相连接，用于测量穿戴者大腿处与外骨骼之间的接触力信息；所述惯性传感器数据采集模块的输出端和感知与规划处理器相连接，用于测量穿戴者下肢大小腿以及上肢躯干姿态信息；所述人机交互模块和感知与规划处理器相连接，用于捕捉、传递和显示人机数据交互；所述感知与规划处理器包括DSP处理模块和FPGA接口模块，其输出端与伺服控制系统相连接，用于接收各采集模块的输出数据，对人体运动步态进行在线综合分析，在线生成机器人各个关节运动参考轨迹和控制模式并且输出至伺服控制系统；所述伺服控制系统包括执行层控制器、电液驱动系统、反馈测量单元和机器人本体模块；所述执行层控制器包括DSP处理模块和FPGA接口模块；所述电液驱动系统由液压泵电机驱动板、伺服阀电机驱动板和液压系统构成；所述执行层控制器FPGA接口模块接收机器人反馈测量单元中各个传感器数据后输出至执行层控制器DSP处理模块；所述执行层控制器DSP处理模块的输出端通过液压泵电机驱动板、伺服阀电机驱动板与液压系统相连接，用于输出液压泵电机与伺服阀电机的控制信号进而控制液压系统作动；所述液压系统输出端与机器人本体模块相连接，用于驱动机器人本体各个关节模块运动；所述机器人本体上的髋关节和膝关节角度编码器与执行层控制器FPGA接口模块相连接，用于将机器人本体的髋关节角度与膝关节角度输出至执行层控制器FPGA接口模块进行反馈；所述液压系统上的液压泵转速编码器、伺服阀角度编码器、髋部缸油压传感器和膝部缸油压传感器与执行层控制器FPGA接口模块相连接，用于将液压系统的液压泵转速、伺服阀开度、机器人髋部油缸压力信号和机器人膝部油缸压力信号输出至执行层控制器FPGA接口模块进行反馈；所述液压泵电机、伺服阀电机通过电流传感器与执行层控制器FPGA接口模块相连接，用于将液压泵电机与伺服阀电机的电流信号输出至执行层控制器FPGA接口模块进行反馈；所述供电系统的输出端分别与感知与规划系统和伺服控制系统相连接并为其供电。2.如权利要求1所述的一种实现节律柔顺运动的液压外骨骼机器人控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、感知与规划处理器接收外部传感器的输入信号；步骤2、感知与规划处理器提取步骤1所采集信号的特征；步骤3、由感知与规划处理器内的步态模式发生器产生机器人本体各关节的运动参考轨迹；步骤4、将步骤3中感知与规划系统给出的各个关节的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩瑞雪，李彬，高志宇，柴林，刁彦飞，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12