一种外骨骼康复机器人控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种外骨骼康复机器人控制系统，包括本体驱动电路控制系统和传感器数据采集控制系统，该控制系统集成了驱动电路控制系统和多路传感器信息融合可以很好的预测患者的运动意图，使患者主动参与康复运动，通过压力传感器检测的人机交互力可以防止机械力过大对患者造成二次伤害。医生可以根据患者等级设置合适的人机交互力，使外骨骼为患者提供合适的助力，有利于患者更快的康复，肌电传感器还可以检测患者的肌肉疲劳程度，为患者设置合适的训练时间。

【技术实现步骤摘要】
一种外骨骼康复机器人控制系统
本技术涉及一种外骨骼康复机器人控制系统。
技术介绍
现阶段外骨骼机器人控制系统大多是仅仅通过角度反馈，使系统按照正常的步态运行，这样会使人感觉到被拖着运动的不舒适感，并没有实现患者的运动意图识别，让患者更好的参与康复运动。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本技术要解决的技术问题是提供一种外骨骼康复机器人控制系统，为了提升患者康复的体验效果和更好的明确患者的康复程度，本技术通过多肌电传感器提前预测患者运动意图，留给系统足够的反应时间，使外骨骼运动按照患者意图运动，使患者主动参与康复运动，以达到更好的康复效果，通过人机交互力优化预测的运动轨迹，让病人体验到运动的舒适感。本技术采取的具体技术方案是：一种外骨骼康复机器人控制系统，包括本体驱动电路控制系统和传感器数据采集控制系统，其中：所述本体驱动电路控制系统包括微控制器系统、机器人各关节电机，所述微控制器系统包括微控制器、复位电路、时钟电路、电源电路、驱动通讯电路、液晶显示屏，驱动通讯电路与微控制器之间双向传输数据，复位电路、时钟电路、电源电路与微控制器为单向传输，液晶显示屏与微控制器为双向传输，驱动通讯电路通过电机驱动器与机器人各关节电机连接；所述传感器数据采集控制系统包括肌电传感器、角度传感器，薄膜压力传感器，所述肌电传感器安装在患者下肢与运动相关的肌肉处上，即髋肌、大腿肌、小腿肌和足肌上，所述角度传感器安装在机器人膝关节和髋关节处，所述薄膜压力传感器安装在外骨骼机器人对应患者的大腿肌和小腿肌处；上述传感器与微控制器电路连接，进行单向数据传输。优选地，采用24V磷酸铁锂电池作为系统主电源，系统主电源安装在外骨骼机器人上，电池直接连接电机驱动器，经电机驱动器给电机供电，驱动通讯电路给电机驱动器发送指令调节电机两端电压，电池外接5V稳压模块，由5V稳压模块给微控制器和传感器供电。优选地，微控制器串口2的输出端口接液晶显示屏的输入端口，输入端口接液晶显示屏的输出端口，将数据传输给液晶显示屏，液晶显示屏由微控制器的5V端口供电。优选地，所述驱动通讯电路采用485通讯协议将信号传输给电机驱动器。优选地，驱动通讯电路的485-A接电机驱动器485-A,驱动通讯电路的485-B接电机驱动器的485-B，驱动通讯电路与电机驱动器共地。优选地，所述微控制器采用stm32f4系列。优选地，所述时钟电路采用32kHz的晶振。本技术的有益效果是：现有的技术仅仅是通过角度反馈，使得外骨骼按照正常的步态运动，并没有实现力的反馈控制，使得患者腿部感到很强的不舒适性，也不能提前预测患者的运动意图，本技术提供的控制系统集成了驱动电路控制系统和多路传感器信息融合可以很好的预测患者的运动意图，使患者主动参与康复运动，通过压力传感器检测的人机交互力可以防止机械力过大对患者造成二次伤害。医生可以根据患者等级设置合适的人机交互力，使外骨骼为患者提供合适的助力，有利于患者更快的康复，肌电传感器还可以检测患者的肌肉疲劳程度，为患者设置合适的训练时间。附图说明图1为图1为微控制器系统的结构组成图；图2为传感器数据采集控制系统的结构组成图；图3为控制系统实施方式示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细说明。实施例一种外骨骼康复机器人控制系统，包括本体驱动电路控制系统和传感器数据采集控制系统，其中：如图1所示，所述本体驱动电路控制系统包括微控制器系统、机器人各关节电机，所述微控制器系统包括微控制器1、复位电路2、时钟电路3、电源电路4、驱动通讯电路5、液晶显示屏6，所述微控制器1采用stm32f4系列，驱动通讯电路5与微控制器1之间双向传输数据，复位电路2、时钟电路3、电源电路4与微控制器1为单向传输，液晶显示屏6与微控制器1为双向传输，微控制器1串口2的输出端口接液晶显示屏6的输入端口，输入端口接液晶显示屏6的输出端口，将数据传输给液晶显示屏6，液晶显示屏6由微控制器1的5V端口供电；驱动通讯电路5通过电机驱动器与机器人各关节电机连接；驱动通讯电路5的485-A接电机驱动器485-A,驱动通讯电路5的485-B接电机驱动器的485-B，驱动通讯电路5与电机驱动器共地，驱动通讯电路5采用485通讯协议将信号传输给电机驱动器。所述传感器数据采集控制系统包括肌电传感器、角度传感器，薄膜压力传感器，所述肌电传感器安装在患者下肢与运动相关的肌肉处上，即髋肌、大腿肌、小腿肌和足肌上，如图2所示，左边为左腿，左腿上安装左肌电传感器71、左角度传感器81，左薄膜压力传感器91；右边为右腿,右腿上安装右肌电传感器72、右角度传感器82，右薄膜压力传感器92角度传感器安装在机器人膝关节和髋关节处，薄膜压力传感器安装在外骨骼机器人对应患者的大腿肌和小腿肌处；上述传感器与微控制器1电路连接，进行单向数据传输。采用24V磷酸铁锂电池作为系统主电源，系统主电源安装在外骨骼机器人上，电池直接连接电机驱动器，经电机驱动器给电机供电，驱动通讯电路给电机驱动器发送指令调节电机两端电压，电池外接5V稳压模块，由5V稳压模块给微控制器1和传感器供电。如图3所示，工作时，通过肌电传感器、角度传感器，薄膜压力传感器，实时采集外骨骼及人体的运动信息，检测外骨骼关节运动角度与人体腿部力的变化，即肌电信号、角度信号、人机交互力，将数据传至微控制器1，微控制器1进行数据分析后对电机发送命令，来控制外骨骼运动，其中，人体的肌电信号产生比关节运动提前80ms左右，通过肌电传感器采集的数据(肌电信号)预测患者该有的运动曲线，使得外骨骼按照一定的曲线进行运动，通过角度传感器采集的数据(角度信号)判断外骨骼是否按照预定曲线运动，通过薄膜压力传感器采集的人机交互力判断外骨骼与人体的协调关系，对预定曲线进行微调，防止人机交互力过大对患者造成二次伤害；微控制器1通过运算经通讯电路向电机发送运动指令，经过不断地反馈与调整，得到较为柔顺的控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于包括本体驱动电路控制系统和传感器数据采集控制系统，其中：/n所述本体驱动电路控制系统包括微控制器系统、机器人各关节电机，所述微控制器系统包括微控制器、复位电路、时钟电路、电源电路、驱动通讯电路、液晶显示屏，驱动通讯电路与微控制器之间双向传输数据，复位电路、时钟电路、电源电路与微控制器为单向传输，液晶显示屏与微控制器为双向传输，驱动通讯电路通过电机驱动器与机器人各关节电机连接；/n所述传感器数据采集控制系统包括肌电传感器、角度传感器，薄膜压力传感器，所述肌电传感器安装在患者下肢与运动相关的肌肉处上，即髋肌、大腿肌、小腿肌和足肌上，所述角度传感器安装在机器人膝关节和髋关节处，所述薄膜压力传感器安装在外骨骼机器人对应患者的大腿肌和小腿肌处；上述传感器与微控制器电路连接，进行单向数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于包括本体驱动电路控制系统和传感器数据采集控制系统，其中：
所述本体驱动电路控制系统包括微控制器系统、机器人各关节电机，所述微控制器系统包括微控制器、复位电路、时钟电路、电源电路、驱动通讯电路、液晶显示屏，驱动通讯电路与微控制器之间双向传输数据，复位电路、时钟电路、电源电路与微控制器为单向传输，液晶显示屏与微控制器为双向传输，驱动通讯电路通过电机驱动器与机器人各关节电机连接；
所述传感器数据采集控制系统包括肌电传感器、角度传感器，薄膜压力传感器，所述肌电传感器安装在患者下肢与运动相关的肌肉处上，即髋肌、大腿肌、小腿肌和足肌上，所述角度传感器安装在机器人膝关节和髋关节处，所述薄膜压力传感器安装在外骨骼机器人对应患者的大腿肌和小腿肌处；上述传感器与微控制器电路连接，进行单向数据传输。


2.根据权利要求1所述一种外骨骼康复机器人控制系统，其特征在于其采用24V磷酸铁锂电池作为系统主电源，系统主电源安装在外骨骼机器人上，电池直接连接电机驱动器，经电机驱动器给电机供电，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学山，石永杰，李健，吕佳乐，张鹏飞，罗定吉，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45