拟人跨步轮椅的重心动态检测系统和检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种拟人跨步轮椅的重心动态检测系统和检测方法。本系统包括轮椅左右脚的踏板及数据采集系统，左右脚的踏板为双层结构踏板，分别包括了上连接板、下连接板和压力传感器，每个踏板有四个压力传感器，呈长方形分布在下连接板上，压力传感器固定在下连接板上，上连接板覆盖在压力传感器上，压力传感器的输出信号连接到所述数据采集系统进行处理后显示。本测量系统主要是用来检测在跨步行走中的拟人跨步轮椅和人的结合体重心在足底平面投影位置的检测，本发明专利技术系统结构简单，操作方便，测得的重心位置可以作为拟人跨步轮椅静态步行轨迹控制依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种拟人跨步轮椅的平面的重心动态检测系统和检测方法。测量系统主要是 用来检测在跨步行走中的拟人跨步轮椅和人的结合体重心在足底平面投影位置的检测，测得 的重心位置可以作为拟人跨步轮椅的静态跨步行走轨迹控制依据。
技术介绍
在已有技术中，拟人跨步轮椅是一种基于仿生学的多功能电动拟人跨步轮椅，该轮椅具 有两种工作模式， 一种平地移动模式为使用者在平地移动；另一种行走模式使用者能跨 越障碍或爬楼梯等。当在拟人跨步轮椅在行走模式时，分为双足站立状态和单足站立状态， 在此状态下的人和拟人跨步轮椅的结合体重心的检测非常重要，是实现拟人跨步轮椅步态轨 迹控制的基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，应用本重心 检测系统对人和拟人跨步轮椅的合重心进行检测，测得的数据传输给拟人跨步轮椅的控制系 统作为步态轨迹控制依据，使得拟人跨步轮椅在跨步步行期能平稳跨步，不摔倒。为达到上述目的，本专利技术的构思是当在拟人跨步轮椅在行走模式时，人站在拟人跨步 轮椅上，拟人跨步轮椅和人作为一个整体，此时整个系统的重心在支撑足底的位置是无法被 人所感知的，所以在拟人跨步轮椅行走时有可能发生跌倒的情况。本专利技术正是针对这种情况， 需要采集人和拟人跨步轮椅的合重心在支撑足底的位置，所以采用了两层结构，上层板承载 了整个拟人跨歩轮椅和人的合重力，在通过压力传感器上面的压头，将力传递到压力传感器， 这样压力传感器所检测到的力为拟人跨步轮椅和人的合重力，由于重心位置不同，压力传感 器的输出电压值不同，经过特定的算法，就能测试出整个系统的合重心。 根据上述的构思，本专利技术采用如下技术方案一种拟人跨步轮椅的重心动态检测系统，包括轮椅左右脚的踏板及数据采集显示系统，其 特征在于所述的左右脚的踏板为双层结构分别包括上连接板和下连接板和压力传感器，每个 踏板有四个压力传感器，呈长方形分布在下连接板上，压力传感器固定在下连接板上，上连 接板覆盖在压力传感器上，压力传感器的输出信号连接到所述数据采集系统进行处理后显 示。上述的数据采集系统由一个数据处理器连接一个重心位置显示器LCD构成。上述的上连接板和下连接板之间采用导柱连接，导柱和固定在下连接板上的滑动轴承构成 导柱副；每个踏板均有四个导柱副呈长方形分布。上述的上连接板是支承于压头上与压力传感器顶端接触，压头是通过螺纹连接在压力传感 器上。一种拟人跨步轮椅的重心动态检测方法，采用上述的拟人跨步轮椅的重心动态检测系统进行 检测，其特征在于具体检测歩骤如下(1) 人体站在轮椅外骨骼中间，两足踏在左右脚踏板上；(2) 打开电源，并使数据采集显示系统初始化；(3) 轮椅开始跨步运动；(4) 在轮椅左脚单脚支撑时，数据处理器对左踏板的四个压力传感的输出信号进行采集；在 轮椅右脚单脚支撑时，数据处理器对右踏板的四个压力传感器的输出信号进行采集；在轮椅 双脚单脚支撑时，数据处理器对左右脚踏板的八个压力传感器的输出信号进行采集；(5) 数据处理器对采集所得的信号进行数据处理和运算后，计算出轮椅和人的合重心位置在 地面上的投影；(6) 数据处理器将该合重心位置再发送到显示器LCD上，进行合重心位置的显示。 本专利技术与现有技术比较，有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点在本专利技术中，(l)采每组采用了四个传感器进行检测，相对于三个传感器检测，大大增加了可检测范围；(2) 传感器的位置可调节，使得检测范围也可调节，对于不同的应用调节非常方便；(3)在传感器 的下面采用了下层板可减少传感器的磨损；(4)在传感器上设置了压头，能大大改善传感器的 受力情况。 附图说明-图1是拟人跨步轮椅结构示意图。图2是双层踏板的结构示意图。图3是拟人跨步轮椅的重心检测程序框图。图4是本专利技术的拟人跨步轮椅的重心动态检测系统的结构框图。 具体实施例方式本专利技术的一个优选实施例结合附图说明如下拟人跨步轮椅双足步行时重心检测机理为 参见附图l，图2和图4。拟人跨步轮椅在跨步行走的时候，是通过电机驱动各个关节协调运 动，来实现跨步的动作。在跨步时的拟人跨步轮椅和人的结合体重心位置在关节运动时不断 发生变化，同时要保证拟人跨步轮椅的步行稳定性，这就需要对拟人跨步轮椅和人的合重心4进行检测，作为拟人跨步轮椅控制系统的控制依据。在轮椅12跨步时，有两个阶段分别为 双脚支撑阶段和单脚支撑阶段，在双脚支撑阶段，左右脚的踏板l、 2同时着地，这样八个压 力传感器5同时受力，重心位置可以根据压力传感器的电压输出值计算得到；在单脚支撑阶 段，只有左组1或右组2单组支撑，这样四个传感器5受力，重心位置可以根据压力传感器 5的电压输出值并经过数据处理器10进行ADC采样和LCD11进行显示。本轮椅12的重心检测系统包含有左右脚两个踏板1、 2，每个踏板1、 2为双层结构踏板， 分别通过螺钉连接在轮椅12的两条外骨骼的最底部，人和轮椅的重力直接作用在上连接板3 上，单组的上连接板3又将力传递到四个压头4上，四个压头4是为了改善传感器的受力面 积，能防止传感器5的顶尖被压坏，四个压头4又将力传递到四个传感器5上，传感器上的 又将力传递到下连接板8，最后下连接板8将里传递到地面，下连接板的可以防止传感器直 接接触地面而产生的磨损，而且在地面不平整时，也能保证每组四个传感器5能同时受力。 而由于重力都是竖直方向的，所以由导柱6和直线轴承7所组成的滑动副，可以防止传感器 受到水平方向的，而且导柱6和直线轴承7所组成的滑动副摩擦力非常小，对传感器5的竖 直方向的力可以忽略。整个系统的平衡为一个静力平衡，而每个传感器5的输出压力值，通 过数据处理器10进行ADC采样，然后对采样信号进行数字滤波，最后将滤波之后的信号，经 过重心算法计算后，计算出的重心点，通过McBSP总线传送到LCDll显示。在拟人跨步轮椅 跨步时，LCD11上显示了左组和右组，并有相对位置，重心点的位置采用一个+表示，当在单 脚支撑时，只显示支撑组。上述的数据处理器10采用TMS320L2812芯片，其硬件配置如下数据采集电路采用8路 ADC， LCD通讯采用4路McBSP总线。上述的压力传感器5采用了 8个0-100kg的称重型压力传感器。参见图3，本拟人跨步轮椅的重心动态检测方法，采用上述检测系统进行检测，具体检 测步骤如下(1) 人体站在轮椅12中间，两足踏在左右脚踏板l、 2上；(2) 打开电源，并使数据采集显示系统初始化；(3) 轮椅12开始跨步运动；(4) 在轮椅12左脚单脚支撑时，数据处理器10对左踏板1的四个压力传感器5的输出信 号进行采集；在轮椅12右脚单脚支撑时，数据处理器10对右踏板2的四个压力传感器5 的输出信号进行采集；在轮椅12双脚单脚支撑时，数据处理器10对左右脚踏板1、 2的 八个压力传感器5的输出信号进行采集；^(5)数据处理器IO对采集所得的信号进行数据处理和运算后，计算出轮椅12和人的合重 心位置在地面上的投影； (6)数据处理器10将该合重心位置再发送到显示器LCD11上，进行合重心位置的显示。权利要求1.一种拟人跨步轮椅的重心动态检测系统，包括轮椅(12)左右脚的踏板(1、2)及数据采集显示系统(9)，其特征在于所述的左右脚的踏板(1、2)为双层结构分别包括上连接板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拟人跨步轮椅的重心动态检测系统，包括轮椅（１２）左右脚的踏板（１、２）及数据采集显示系统（９），其特征在于所述的左右脚的踏板（１、２）为双层结构分别包括上连接板（３）和下连接板（８）和压力传感器（５），每个踏板有四个压力传感器（５），呈长方形分布在下连接板（８）上，压力传感器（５）固定在下连接板上（８），上连接板（３）覆盖在压力传感器上（５），压力传感器（５）的输出信号连接到所述数据采集系统（９）进行处理后显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈林勇，龚佳伟，章亚男，钱晋武，邵文韫，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]