一种运动控制系统及机械外骨骼技术方案

本公开涉及可穿戴式外骨骼技术领域，公开了一种运动控制系统及机械外骨骼，包括通讯模组及连接通讯模组的主控制器、电源模组、关节驱动单元及信号采集鞋。其中，信号采集鞋包括鞋本体、压力传感器及信号采集板，压力传感器嵌入鞋本体内，信号采集本设于鞋本体且连接压力传感器，信号采集板集成有用于检测物理运动的芯片，信号采集板连接通讯模组。压力传感器与信号采集板距离较近，压力传感器与信号采集板的间距较短，能够避免布线复杂、成本高的问题。另外，信号采集板集成有用于检测物理运动的芯片，信号采集板与芯片之间无需布线，也能够避免布线复杂、成本高的问题。成本高的问题。成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种运动控制系统及机械外骨骼


[0001]本公开涉及可穿戴式外骨骼
，特别是涉及一种运动控制系统及机械外骨骼。

技术介绍

[0002]近年来，可穿戴式机械外骨骼设备，越来越受到国内外众多学者和科研人员的重视，成为新的研究热点，并开始逐步运用到军工、医疗、工业及民用领域。
[0003]在可穿戴式外骨骼控制中，如何实现人机协调运动控制是非常重要的。为了实现这个目标，基于多传感器的人体运动意图识别的准确性和可靠性就变得非常重要。此处人体运动意图包括人体运动模式的识别和运动相位的判别预测。
[0004]目前大多数外骨骼基于多元传感器信息进行人体运动意图识别，如通过位于后背、大小腿处的惯性测量单元采集多维运动物理量，通过关节处的角度传感器采集关节角度信息，通过肌电表皮单元采集生物电信息等。传感器之间距离较远，导致传感器之间走线较为复杂，成本较高。

技术实现思路

[0005]本公开实施例旨在提供一种运动控制系统及机械外骨骼，以解决现有技术中由于传感器之间距离较远所导致传感器位置的布局较为复杂且传感器之间的走线较为复杂的技术问题。
[0006]本公开实施例解决其技术问题采用以下技术方案：提供一种运动控制系统，用于机械外骨骼，所述运动控制系统包括通讯模组及连接所述通讯模组的主控制器、电源模组、关节驱动单元及信号采集鞋；其中，所述信号采集鞋包括鞋本体、压力传感器及信号采集板，所述压力传感器嵌入所述鞋本体内，所述信号采集本设于所述鞋本体且连接所述压力传感器，所述信号采集板集成有用于检测物理运动的芯片，所述信号采集板连接所述通讯模组。
[0007]在一些实施例中，所述电源模组包括电源单元，所述电源单元通过电源线为所述主控制器、所述关节驱动单元及所述信号采集鞋提供电能；所述通讯模组包括有线通讯单元，所述有线通讯单元与所述电源线集成于一根屏蔽线内。
[0008]在一些实施例中，所述通讯模组包括无线通讯单元；所述主控制器与所述信号采集板通过所述无线通讯单元通讯。
[0009]在一些实施例中，所述鞋本体包括第一鞋底层、第二鞋底层及传感器支架，所述传感器支架设于所述第一鞋底层和所述第二鞋底层之间；所述压力传感器嵌入所述传感器支架内。
[0010]在一些实施例中，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器；所述第一压力传感器靠近所述第一鞋底层设置，所述第二压力传感器靠近所述第二鞋底层设置。
[0011]在一些实施例中，所述第一压力传感器和/或所述第二压力传感器包括前足位传感器、中足位传感器及后足位传感器；所述前足位传感器设于所述鞋本体的前足位，所述中足位传感器设于所述鞋本体的中足位，所述后足位传感器设于所述鞋本体的后足位。
[0012]在一些实施例中，所述鞋本体具有中线，所述中线穿过所述鞋本体的足尖与足后跟；所述前足位传感器和所述中足位传感器设于所述中线的不同侧，所述后足位传感器设于所述中线上。
[0013]在一些实施例中，所述用于检测物理运动的芯片包括惯性测量单元。
[0014]在一些实施例中，所述运动控制系统还包括人机交互终端；所述人机交互终端连接所述主控制器。
[0015]本公开实施例解决其技术问题采用以下技术方案：提供一种机械外骨骼，包括如上所述的运动控制系统。
[0016]与现有技术相比较，本公开实施例提供一种运动控制系统及机械外骨骼，其中信号采集鞋包括鞋本体、信号采集板及压力传感器，传感器设于鞋本体内，信号采集板设于鞋本体，压力传感器与信号采集板距离较近，压力传感器与信号采集板的间距较短，能够避免布线复杂、成本高的问题。另外，信号采集板集成有用于检测物理运动的芯片，信号采集板与芯片之间无需布线，也能够避免布线复杂、成本高的问题。
附图说明
[0017]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0018]图1是本公开其中一实施例提供的一种运动控制系统的结构示意图；
[0019]图2是图1所示的运动控制系统的信号采集鞋的结构示意图；
[0020]图3是图2所示的信号采集鞋在另一个角度下的结构示意图；
[0021]图4是图2所示的信号采集鞋的内部结构示意图；
[0022]图5是图2所示的信号采集鞋的压力传感器分布的示意图；
[0023]图6是本公开另一实施例提供的一种机械外骨骼的结构示意图，该机械外骨骼包括图1所示的运动控制系统。
具体实施方式
[0024]为了便于理解本公开，下面结合附图和具体实施例，对本公开进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“上端”、“下端”、“顶部”以及“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的
的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体
的实施例的目的，不是用于限制本公开。
[0026]请参阅图1，本公开其中一实施例提供一种运动控制系统100，用于机械外骨骼，运动控制系统100包括主控制器10、关节驱动单元20、电源模组30、人机交互终端40、信号采集鞋50及通信模组60。主控制器10通过通信模组60连接关节驱动单元20、电源模组30及信号采集鞋50，人机交互终端40连接主控制器10。
[0027]主控制器10基于实时采集的信号进行算法执行后输出运动控制指令。该算法包括人体运动意图的识别、软硬件系统管理、异常监测与处理、通讯系统管理等。其中，意图识别算法之一是基于信号采集鞋50实时采集的物理信号进行人体步态模式及相位识别。
[0028]其中，上述的人体步态模式可以包括坐下、站立、平地行走、慢跑、快跑、上下斜坡、上下楼梯等日常生活涉及到的运动；上述的人体步态相位可以包括每个运动模式的细分阶段，例如平地行走可以细分为单腿支撑相、双腿支撑相等。
[0029]关节驱动单元20用于在主控制器10的控制下完成运动模式的切换和伺服控制。该运动模式可以包括位置控制、速度控制及转矩控制。关节驱动单元20可以是集成电机伺服系统、编码器、驱动器及电机的关节模组，也可以是其他的动力执行单元，例如气压或者液压传动系统。
[0030]电源模组30可以包括电源单元和电源管理单元。电源单元具体可以采用24V或者36V供电电池包进行供电，电源单元可以通过电源线连接主控制器10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运动控制系统，用于机械外骨骼，其特征在于，所述运动控制系统包括通讯模组及连接所述通讯模组的主控制器、电源模组、关节驱动单元及信号采集鞋；其中，所述信号采集鞋包括鞋本体、压力传感器及信号采集板，所述压力传感器嵌入所述鞋本体内，所述信号采集板设于所述鞋本体且连接所述压力传感器，所述信号采集板集成有用于检测物理运动的芯片，所述信号采集板连接所述通讯模组。2.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，所述电源模组包括电源单元，所述电源单元通过电源线为所述主控制器、所述关节驱动单元及所述信号采集鞋提供电能；所述通讯模组包括有线通讯单元，所述有线通讯单元与所述电源线集成于一根屏蔽线内。3.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，所述通讯模组包括无线通讯单元；所述主控制器与所述信号采集板通过所述无线通讯单元通讯。4.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，所述鞋本体包括第一鞋底层、第二鞋底层及传感器支架，所述传感器支架设于所述第一鞋底层和所述第二鞋底层之间；所述压力传感器嵌入所述传感器支架内。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，尹鹏，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：