一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，包括中央控制模块和若干个子控制模块，每个子控制模块通过布网接口电路接到RS485总线上，中央控制模块接到RS485总线上，子控制模块通过第一信号采集电路与数字角度传感器连接，子控制模块通过第二信号采集电路与模拟角度传感器连接，陀螺仪模块以及拨码开关分别与子控制模块连接；本实用新型专利技术的优点在于：规避了过长的信号走线和各种信号之间的干扰，吸收信号中的尖峰，信号稳定，串扰小。

【技术实现步骤摘要】
一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统
本技术涉及机器人康复教学领域，更具体涉及一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统。
技术介绍
随着康复学科和机器人技术的发展，以及社会大环境对康复养老的重视。对康复专业人才培训的要求被提到更高的高度。因此标准化、专业化的教学器具是康复教学领域一个新的需求。不仅仅有助于提高教学效率，还能提供统一标准化的考核方式。在传统康复教学时，通过真人进行模拟病人来进行实践教学。老师通自己的经验对模拟病人进行康复教学，并没有准确的记录或者显示关节活动度或者康复何种程度。学生也很难接受到统一标准化的康复训练方式，且不能获得足够的实际操作实践经验。现有对角度采集和人体姿态采集多使用角度传感器和陀螺仪，在检测时需要规划分布在人体各个关节和肢体上。由于人体高度复杂且空间狭小，在整体布局走线时会发现数字信号、模拟信号、电气走线等有很多导线走线过长且很容易纠缠一起无法分离。这就导致信号之间相互干扰，严重影响信号的传输。中国专利公开号CN109859597A，公开了一种康复模拟人位姿采集系统，包括角度采集装置，安装在模拟人规划安装处；在模拟人肢体活动时，获取肢体单方向的活动角速度、角加速度数据；处理装置，获取角度采集装置采集到的活动角速度和角加速度数据，并对该数据进行处理得到姿态数据；上位机显示设备，从处理装置处获取姿态数据并显示。与现有技术相比，该方案采用模拟人替代真人教学，便于安装角度采集装置，实现给康复教学领域提供了新的教具，减少老师重复的工作量，增加学生实践机会和标准评定。让康复教学领域的教学成果有了量化的评定数据。但是该专利其主要偏重于陀螺仪软件算法部分设计，并没有对各模块电路的具体结构以及布局进行设计，导致信号不稳定，串扰大。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于如何提供一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，以提供各模块电路的具体结构以及布局进行设计，使得信号稳定，串扰小。本技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，包括中央控制模块和若干个子控制模块，每个子控制模块通过布网接口电路接到RS485总线上，中央控制模块接到RS485总线上，子控制模块通过第一信号采集电路与数字角度传感器连接，子控制模块通过第二信号采集电路与模拟角度传感器连接，陀螺仪模块以及拨码开关分别与子控制模块连接；所述第一信号采集电路包括数字传感器接口CONN4、电容C13、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C19、电容C20以及电容C22，所述数字传感器接口CONN4与数字角度传感器连接，且数字传感器接口CONN4的第六接口和第七接口均接地，数字传感器接口CONN4的第一接口接电源VCC-5V，电容C13的一端以及电容C10的一端均接电源VCC-5V，电容C13的另一端以及电容C10的另一端均接地，数字传感器接口CONN4的第二接口接地，数字传感器接口CONN4的第三接口、第四接口以及第五接口分别一一对应的接电阻R9的一端、电阻R10的一端以及电阻R11的一端；电阻R9的另一端、电阻R10的另一端以及电阻R11的另一端均接子控制模块，电阻R5的一端以及电容C19的一端均接电阻R9的另一端，电阻R6的一端以及电容C20的一端均接电阻R10的另一端，电阻R7的一端以及电容C22的一端均接电阻R11的另一端，电阻R5的另一端、电容C19的另一端、电阻R6的另一端、电容C20的另一端、电阻R7的另一端以及电容C22的另一端均接地。本技术将采用在信号源端进行多通道的采集融合，转换后的数据利用成熟的RS485总线进行整体布网，在信号源端将采集的各种传感器信息融合进一对双绞线中，规避了过长的信号走线和各种信号之间的干扰，并能实现模拟人体内大规模的采集信号布网。另外，第一信号采集电路，信号线上串联1K电阻(电阻R9、电阻R10、电阻R11)且并联2K电阻(电阻R5、电阻R6、电阻R7)到地，不仅能够吸收信号中的尖峰，并把数字信号分压到子控制模块正常采集范围，信号稳定，串扰小；再并联上1nF电容(电容C19、电容C20、电容C22)与1K电阻构成RC滤波对数字传感器产生的信号进一步滤波，该第一信号采集电路在每个子控制模块中有两路，传输至子控制模块中芯片的TIM端，采用无源滤波及分压，可减少有源电平转换器使用，结构简单，成本低。优选的，所述第二信号采集电路包括模拟传感器接口CONN7、电容C14、电容C15、电阻R26、电阻R15以及电容C23，所述模拟传感器接口CONN7与模拟角度传感器连接，且模拟传感器接口CONN7的第四接口和第五接口均接地，模拟传感器接口CONN7的第一接口接电源VCC-5V，电容C15的一端以及电容C14的一端均接电源VCC-5V，电容C15的另一端以及电容C14的另一端均接地，模拟传感器接口CONN7的第二接口接电阻R26的一端，电容C23的一端以及电阻R15的一端均接电阻R26的另一端，电阻R15的另一端、电容C23的另一端以及模拟传感器接口CONN7的第三接口均接地，电阻R26的另一端接子控制模块。模拟传感器产生的电压信号，分别串联一个100Ω(R26)的小阻值的电阻，再分别同时并联一个10nF(C23)的小电容值的电容和一个电阻(R15)，然后才作为电压采集电路中子控制模块的ADC输入端，其中100Ω电阻与10nF电容构成RC滤波对模拟信号进行滤波。优选的，所述陀螺仪模块包括陀螺仪U9、电阻R1、电容C5、电容C6、电阻R56以及电阻R55，所述陀螺仪U9的第二引脚以及第十一引脚均接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电源VCC-3V3，电容C5的一端以及电容C6的一端均接电阻R1的一端，电容C5的另一端以及电容C6的另一端均接地，陀螺仪U9的第三引脚接电阻R56的一端，陀螺仪U9的第四引脚接电阻R55的一端，陀螺仪U9的第五引脚接地，电阻R55的另一端和电阻R56的另一端均接子控制模块。陀螺仪U9直接通过串口将数据传给子控制模块，其中，选用型号为MPU6050的陀螺仪，电容C5、电容C6以及电阻R1对子控制模块供电电源VCC-3V3进行稳压滤波。优选的，所述布网接口电路包括收发器U4、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R23、电阻R18、电阻R21、电阻R24以及电容C26，所述收发器U4的第一引脚接电阻R19的一端，收发器U4的第二引脚接电阻R20的一端，收发器U4的第三引脚接电阻R22的一端，收发器U4的第四引脚接电阻R23的一端，收发器U4的第五引脚接地，电阻R18的一端以及电阻R21的一端均接收发器U4的第六引脚，电阻R18的另一端接电源VCC-3V3，收发器U4的第七引脚接电阻R21的另一端，收发器U4的第八引脚接电源VCC-3V3，电阻R24的一端接收发器U4的第七引脚，电容C26的一端接收发器U4的第八引脚，电阻R24的另一端以及电容C26的另一端均接地；所述电阻R18的一端接RS485总线的正极，电阻R21的另一端接RS485总线的负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，其特征在于，包括中央控制模块和若干个子控制模块，每个子控制模块通过布网接口电路接到RS485总线上，中央控制模块接到RS485总线上，子控制模块通过第一信号采集电路与数字角度传感器连接，子控制模块通过第二信号采集电路与模拟角度传感器连接，陀螺仪模块以及拨码开关分别与子控制模块连接；/n所述第一信号采集电路包括数字传感器接口CONN4、电容C13、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C19、电容C20以及电容C22，所述数字传感器接口CONN4与数字角度传感器连接，且数字传感器接口CONN4的第六接口和第七接口均接地，数字传感器接口CONN4的第一接口接电源VCC-5V，电容C13的一端以及电容C10的一端均接电源VCC-5V，电容C13的另一端以及电容C10的另一端均接地，数字传感器接口CONN4的第二接口接地，数字传感器接口CONN4的第三接口、第四接口以及第五接口分别一一对应的接电阻R9的一端、电阻R10的一端以及电阻R11的一端；电阻R9的另一端、电阻R10的另一端以及电阻R11的另一端均接子控制模块，电阻R5的一端以及电容C19的一端均接电阻R9的另一端，电阻R6的一端以及电容C20的一端均接电阻R10的另一端，电阻R7的一端以及电容C22的一端均接电阻R11的另一端，电阻R5的另一端、电容C19的另一端、电阻R6的另一端、电容C20的另一端、电阻R7的另一端以及电容C22的另一端均接地。/n...

【技术特征摘要】
1.一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，其特征在于，包括中央控制模块和若干个子控制模块，每个子控制模块通过布网接口电路接到RS485总线上，中央控制模块接到RS485总线上，子控制模块通过第一信号采集电路与数字角度传感器连接，子控制模块通过第二信号采集电路与模拟角度传感器连接，陀螺仪模块以及拨码开关分别与子控制模块连接；
所述第一信号采集电路包括数字传感器接口CONN4、电容C13、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C19、电容C20以及电容C22，所述数字传感器接口CONN4与数字角度传感器连接，且数字传感器接口CONN4的第六接口和第七接口均接地，数字传感器接口CONN4的第一接口接电源VCC-5V，电容C13的一端以及电容C10的一端均接电源VCC-5V，电容C13的另一端以及电容C10的另一端均接地，数字传感器接口CONN4的第二接口接地，数字传感器接口CONN4的第三接口、第四接口以及第五接口分别一一对应的接电阻R9的一端、电阻R10的一端以及电阻R11的一端；电阻R9的另一端、电阻R10的另一端以及电阻R11的另一端均接子控制模块，电阻R5的一端以及电容C19的一端均接电阻R9的另一端，电阻R6的一端以及电容C20的一端均接电阻R10的另一端，电阻R7的一端以及电容C22的一端均接电阻R11的另一端，电阻R5的另一端、电容C19的另一端、电阻R6的另一端、电容C20的另一端、电阻R7的另一端以及电容C22的另一端均接地。


2.根据权利要求1所述的一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，其特征在于，所述第二信号采集电路包括模拟传感器接口CONN7、电容C14、电容C15、电阻R26、电阻R15以及电容C23，所述模拟传感器接口CONN7与模拟角度传感器连接，且模拟传感器接口CONN7的第四接口和第五接口均接地，模拟传感器接口CONN7的第一接口接电源VCC-5V，电容C15的一端以及电容C14的一端均接电源VCC-5V，电容C15的另一端以及电容C14的另一端均接地，模拟传感器接口CONN7的第二接口接电阻R26的一端，电容C23的一端以及电阻R15的一端均接电阻R26的另一端，电阻R15的另一端、电容C23的另一端以及模拟传感器接口CONN7的第三接口均接地，电阻R26的另一端接子控制模块。


3.根据权利要求2所述的一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，其特征在于，所述陀螺仪模块包括陀螺仪U9、电阻R1、电容C5、电容C6、电阻R56以及电阻R55，所述陀螺仪U9的第二引脚以及第十一引脚均接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电源VCC-3V3，电容C5的一端以及电容C6的一端均接电阻R1的一端，电容C5的另一端以及电容C6的另一端均接地，陀螺仪U9的第三引脚接电阻R56的一端，陀螺仪U9的第四引脚接电阻R55的一端，陀螺仪U9的第五引脚接地，电阻R55的另一端和电阻R56的另一端均接子控制模块。


4.根据权利要求3所述的一种源端数据融合的康复模拟人姿态系统，其特征在于，所述布网接口电路包括收发器U4、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R23、电阻R18、电阻R21、电阻R24以及电容C26，所述收发器U4的第一引脚接电阻R19的一端，收发器U4的第二引脚接电阻R20的一端，收发器U4的第三引脚接电阻R22的一端，收发器U4的第四引脚接电阻R23的一端，收发器U4的第五引脚接地，电阻R18的一端以及电阻R21的一端均接收发器U4的第六引脚，电阻R18的另一端接电源VCC-3V3，收发器U4的第七引脚接电阻R21的另一端，收发器U4的第八引脚接电源VCC-3V3，电阻R24的一端接收发器U4的第七引脚，电容C26的一端接收发器U4的第八引脚，电阻R24的另一端以及电容C26的另一端均接地；所述电阻R18的一端接RS485总线的正极，电阻R21的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张岩岭，王琦，戴维，邵东升，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：新型
国别省市：安徽;34