一种引导下肢外骨骼机器人行走智能拐杖的检测电路制造技术

本发明专利技术涉及一种引导下肢外骨骼机器人行走智能拐杖的检测电路，包括供电电路，其还包括主控单元、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路；主控单元分别与供电电路、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路相连接，其中,压力传感器电路，设置在智能拐杖的底部，并用于检测智能拐杖与地面的接触压力；陀螺仪电路，用于检测智能拐杖接触地面的倾角；主控单元，用于接收压力传感器电路的压力信号和陀螺仪电路的角度信号，并经分析运算后判断出人体的步态信息；无线通讯电路，用于将步态信息发送至外部的外骨骼机器人，外骨骼机器人穿戴在人体上。本发明专利技术有效提高了外骨骼机器人穿戴者的人机协同，使其行走起来更加稳定和安全。

A detection circuit to guide the walking intelligent walking stick of the lower limb exoskeleton robot

The invention relates to a direct detection circuit of exoskeleton robot intelligent walking stick and lower limbs, including power supply circuit, which comprises a main control unit, the pressure sensor circuit, wireless communication circuit and the gyroscope circuit; the main control unit is respectively connected with the power supply circuit, sensor circuit, wireless communication circuit and the gyroscope circuit connected, wherein, the pressure sensor circuit, set in intelligent crutches at the bottom, and to detect the contact pressure intelligent crutches and the ground; the gyroscope circuit, used for angle detection intelligent crutches in contact with the ground; the main control unit, the pressure signal and the gyro circuit angle signal for receiving the pressure sensor circuit, and after analyzing and calculating judge gait information of the human body; the wireless communication circuit for exoskeleton robot gait information is transmitted to the outside of the wearable exoskeleton robot In the human body. The invention effectively improves the man-machine cooperation of the exoskeleton robot wearer, and makes it more stable and safe to walk.

【技术实现步骤摘要】
一种引导下肢外骨骼机器人行走智能拐杖的检测电路
本专利技术涉及下肢外骨骼助力机器人领域，尤其涉及一种引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖的检测电路。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有技术。下肢外骨骼助力机器人在康复、户外行走等领域可以发挥非常重要的作用。另外，随着全球老龄化社会的加深，外骨骼不仅可以帮助一些老年人解决体力较差、行走不便的问题，也可以帮助一些丧失行走能力的人恢复部分的行走能力。对于下肢不能行走的残疾人，以自主辅助行走为目的，通过智能拐杖的检测捕捉人体运动意图,将人的控制意图引入到外骨骼控制中,即“人在环中”，用于引导下肢外骨骼机器人辅助穿戴者助力行走。此外，融于了智能检测电路的下肢外骨骼智能拐杖，增加外骨骼穿戴者协同行走的安全性，方便可靠。目前，有关外骨骼行走控制引导用的智能拐杖公开的专利有以下几项：申请号为201510206931.1的“一种外骨骼使用的控制拐杖”，通过压力传感器检测使用者重心位置，控制外骨骼防止使用者摔倒的智能拐杖，注重外骨骼稳定控制的检测信息，但未公开检测电路。申请号为201420297024.3的“具有拐杖的步态装置”，将拐杖作为一种辅助支撑装置，未涉及具体检测电路完成人机交互信息的检测；申请号为201210098831.8的“一种基于智能拐杖的老年人辅助系统”，根据各传感器信息反馈，偏重于老年人日常生活信息搜集与危险报警，上述专利所述智能拐杖均采用各传感器检测使用者相关信息，从而实现辅助人体行走。由于人体行走随意性较大，人穿戴外骨骼完成协同行走，如何将下肢机能衰减或下肢残障人士的行走意图引入到外骨骼辅助行走的控制中难度较大。上述专利未将检测人体姿态与重心位置相结合，侧重于人体失稳检测，对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性，存在局限性。本专利技术引入一种智能拐杖的检测电路，可有效捕捉外骨骼机器人穿戴者的运动意图，检测人体步行状态信息，进一步交互为穿戴者与外骨骼的协同控制信息，即将人引入到控制回路中，即“人中环中”，提供一种实时的人机信息交互的手段。
技术实现思路
为解决现有智能拐杖对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性存在局限性的固有问题，提出一种引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖的检测电路。本专利技术提供的引导下肢外骨骼机器人行走智能拐杖的检测电路，包括供电电路，其还包括主控单元、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路；所述主控单元分别与所述供电电路、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路相连接，其中,所述压力传感器电路，设置在智能拐杖的底部，并用于检测所述智能拐杖与地面的接触压力；所述陀螺仪电路，用于检测所述智能拐杖接触地面的倾角；所述主控单元，用于接收所述压力传感器电路的压力信号和陀螺仪电路的角度信号，并经分析运算后判断出人体的步态信息；所述无线通讯电路，用于将所述步态信息发送至外部的外骨骼机器人，所述外骨骼机器人穿戴在人体上。优选地，还包括与所述主控单元相连接的系统状态指示电路、用户操作按键电路和USB连接电路，所述系统状态指示电路用于对所述主控单元的运行状态进行指示；所述用户操作按键电路用于从外部输入启动或关闭信号至所述主控单元；所述USB连接电路与外部的USB存储设备相连接。优选地，所述主控单元包括第四芯片，所述压力传感器电路与所述第四芯片的第15脚相连接，所述无线通讯电路与所述第四芯片的第33-38脚相连接，所述陀螺仪电路与所述第四芯片的第20-21脚相连接，系统状态指示电路与所述第四芯片的第2脚和第41脚相连接，用户操作按键电路与所述第四芯片的第39脚相连接，USB连接电路与所述第四芯片的第44-45脚相连接，所述供电电路与所述第四芯片的第13脚、第32脚、第48脚、第64脚、第19脚、第7脚相连接。优选地，所述压力传感器电路包括第七芯片和压力传感器接口，所述第七芯片的第1脚依次经第十四电阻和第十三可变电阻与所述第七芯片的第8脚相连接；所述第七芯片的第2脚分别与所述压力传感器接口的第3脚、第二十八电容的一端、第三十三电容的一端相连接，所述第二十八电容的另一端接地；所述第七芯片的第3脚分别与所述压力传感器接口的第4脚、第三十八电容的一端、第三十三电容的另一端相连接，所述第三十八电容的另一端接地；所述第七芯片的第4脚分别与-5V电源、第三十七电容的一端相连接，所述第三十七电容的另一端接地；所述第七芯片的第5脚接地；所述第七芯片的第6脚经第十八电阻后分别与第十五电阻的一端、第十九电阻的一端和第四芯片的第15脚相连接；所述第十五电阻的另一端分别与+5V电源、第二十七电容的一端和第七芯片的第7脚相连接，所述第二十七电容的另一端接地；第十九电阻的另一端经第二十一电阻与地面相连接；所述压力传感器接口的第1脚接+5V电源，其第2脚接地。优选地，所述无线通讯电路包括第五芯片，所述第五芯片的第1-6脚分别与所述第四芯片的第33-38脚一一对应连接，所述第五芯片的第7脚与所述供电电路相连接，所述第五芯片的第8脚接地，所述第五芯片的第9脚分别与第一晶体振荡器的一端、第十电阻的一端、第二十二电容的一端相连接，所述第一晶体振荡器的另一端与所述第五芯片的第10脚相连接，第十电阻的另一端与所述第五芯片的第10脚、第二十三电容的一端相连接，所述第二十二电容的另一端、所述第二十三电容的另一端均接地；所述第五芯片的第11脚经第四电感分别与第三电感的一端、所述第五芯片的第12脚相连接；所述第五芯片的第13脚与所述第三电感的另一端、第二电感的一端相连接，所述第二电感的另一端经第十四电容与外部的天线相连接，所述第十四电容和天线之间还经第十六电容接地；所述第五芯片的第14脚接地，其第15脚分别与第十一电容的一端、第十二电容的一端、所述供电电路相连接，所述第十一电容的另一端、第十二电容的另一端均接地；所述第五芯片的第19脚经第九电容接地，其第20脚接地。优选地，所述陀螺仪电路包括第八芯片，所述第八芯片的第1脚分别与第十六电阻的一端、第十七电阻的一端和第四芯片的第20脚相连接，所述第十七电阻的另一端与所述供电电路相连接，所述第十六电阻的另一端与所述第四芯片的第21脚、所述第八芯片的第2脚相连接；所述第八芯片的第3脚经第三十六电容接地，所述第八芯片的第4脚接地，所述第八芯片的第5脚与所述供电电路相连接，且所述第八芯片的第5脚还经第四十电容接地；所述第八芯片的第6脚接地，所述第八芯片的第7脚与所述供电电路、第三十二电容的一端相连接，第三十二电容的另一端接地；所述第八芯片的第8脚经第二十电阻接地，所述第八芯片的第9脚经第三十九电容接地，所述第八芯片的第10脚接地。优选地，所述系统状态指示电路第五至第七发光二极管、第八电阻、第九电阻和第十二电阻，所述第八电阻的一端、第九电阻的一端和第十二电阻的一端与所述供电电路相连接，所述第八电阻的另一端经第五发光二极管与所述第四芯片的第41脚相连接，所述第九电阻的另一端经第六发光二极管(D6)与所述第四芯片的第2脚相连接，所述第十二电阻的另一端经第七发光二极管接地。优选地，所述用户操作按键电路包括按键模块，所述按键模块的一端与第四芯片的第39脚相连接，所述按键模块的另一端接地。优选地，所述USB连接电路包括U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种引导下肢外骨骼机器人行走智能拐杖的检测电路，包括供电电路，其特征在于：还包括主控单元、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路；所述主控单元分别与所述供电电路、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路相连接，其中,所述压力传感器电路，设置在智能拐杖的底部，并用于检测所述智能拐杖与地面的接触压力；所述陀螺仪电路，用于检测所述智能拐杖接触地面的倾角；所述主控单元，用于接收所述压力传感器电路的压力信号和陀螺仪电路的角度信号，并经分析运算后判断出人体的步态信息；所述无线通讯电路，用于将所述步态信息发送至外部的外骨骼机器人，所述外骨骼机器人穿戴在人体上。

【技术特征摘要】
1.一种引导下肢外骨骼机器人行走智能拐杖的检测电路，包括供电电路，其特征在于：还包括主控单元、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路；所述主控单元分别与所述供电电路、压力传感器电路、无线通讯电路和陀螺仪电路相连接，其中,所述压力传感器电路，设置在智能拐杖的底部，并用于检测所述智能拐杖与地面的接触压力；所述陀螺仪电路，用于检测所述智能拐杖接触地面的倾角；所述主控单元，用于接收所述压力传感器电路的压力信号和陀螺仪电路的角度信号，并经分析运算后判断出人体的步态信息；所述无线通讯电路，用于将所述步态信息发送至外部的外骨骼机器人，所述外骨骼机器人穿戴在人体上。2.根据权利要求1所述引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖的检测电路，其特征在于：还包括与所述主控单元相连接的系统状态指示电路、用户操作按键电路和USB连接电路，所述系统状态指示电路用于对所述主控单元的运行状态进行指示；所述用户操作按键电路用于从外部输入启动或关闭信号至所述主控单元；所述USB连接电路与外部的USB存储设备相连接。3.根据权利要求2所述引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖的检测电路，其特征在于：所述主控单元包括第四芯片(U4)，所述压力传感器电路与所述第四芯片(U4)的第15脚相连接，所述无线通讯电路与所述第四芯片(U4)的第33-38脚相连接，所述陀螺仪电路与所述第四芯片(U4)的第20-21脚相连接，系统状态指示电路与所述第四芯片(U4)的第2脚和第41脚相连接，用户操作按键电路与所述第四芯片(U4)的第39脚相连接，USB连接电路与所述第四芯片(U4)的第44-45脚相连接，所述供电电路与所述第四芯片(U4)的第13脚、第32脚、第48脚、第64脚、第19脚、第7脚相连接。4.根据权利要求3所述引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖的检测电路，其特征在于：所述压力传感器电路包括第七芯片(U7)和压力传感器接口(P2)，所述第七芯片(U7)的第1脚依次经第十四电阻(R14)和第十三可变电阻(R13)与所述第七芯片(U7)的第8脚相连接；所述第七芯片(U7)的第2脚分别与所述压力传感器接口(P2)的第3脚、第二十八电容(C28)的一端、第三十三电容(C33)的一端相连接，所述第二十八电容(C28)的另一端接地；所述第七芯片(U7)的第3脚分别与所述压力传感器接口(P2)的第4脚、第三十八电容(C38)的一端、第三十三电容(C33)的另一端相连接，所述第三十八电容(C38)的另一端接地；所述第七芯片(U7)的第4脚分别与-5V电源、第三十七电容(C37)的一端相连接，所述第三十七电容(C37)的另一端接地；所述第七芯片(U7)的第5脚接地；所述第七芯片(U7)的第6脚经第十八电阻(R18)后分别与第十五电阻(R15)的一端、第十九电阻(R19)的一端和第四芯片(U4)的第15脚相连接；所述第十五电阻(R15)的另一端分别与+5V电源、第二十七电容(C27)的一端和第七芯片(U7)的第7脚相连接，所述第二十七电容(C27)的另一端接地；第十九电阻(R19)的另一端经第二十一电阻(R21)与地面相连接；所述压力传感器接口(P2)的第1脚接+5V电源，其第2脚接地。5.根据权利要求3或4所述引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖的检测电路，其特征在于：所述无线通讯电路包括第五芯片(U5)，所述第五芯片(U5)的第1-6脚分别与所述第四芯片(U4)的第33-38脚一一对应连接，所述第五芯片(U5)的第7脚与所述供电电路相连接，所述第五芯片(U5)的第8脚接地，所述第五芯片(U5)的第9脚分别与第一晶体振荡器(Y1)的一端、第十电阻(R10)的一端、第二十二电容(C22)的一端相连接，所述第一晶体振荡器(Y1)的另一端与所述第五芯片(U5)的第10脚相连接，第十电阻(R10)的另一端与所述第五芯片(U5)的第10脚、第二十三电容(C23)的一端相连接，所述第二十二电容(C22)的另一端、所述第二十三电容(C23)的另一端均接地；所述第五芯片(U5)的第11脚经第四电感(L4)分别与第三电感(L3)的一端、所述第五芯片(U5)的第12脚相连接；所述第五芯片(U5)的第13脚与所述第三电感(L3)的另一端、第二电感(L2)的一端相连接，所述第二电感(L2)的另一端经第十四电容(C14)与外部的天线相连接，所述第十四电容(C14)和天线之间还经第十六电容(C16)接地；所述第五芯片(U5)的第14脚接地，其第15脚分别与第十一电容(C11)的一端、第十二电容(C12)的一端、所述供电电路相连接，所述第十一电容(C11)的另一端、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪步云，许德章，汪志红，
申请(专利权)人：安徽工程大学，芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34