一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统，所述机器人包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置；所述控制系统，包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，本实用新型专利技术可通过操作数据终端的显示屏设置相应的运动模式和训练参数。

【技术实现步骤摘要】
一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统
本技术涉及康复机器人
，具体涉及一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统。
技术介绍
下肢外骨骼康复机器人是针对脑卒中及偏瘫患者所研发的一种辅助人腿行走的机器人，使很多瘫痪的人重新站起来行走，增加了患者对生活的信心。此外，外骨骼机器人还广泛的应用于军事、工业等领域。现阶段下肢外骨骼康复机器人一般固定于跑步机上，减重装置设置于跑步机上方的悬吊装置上，使用环境过于单一，使病人感到枯燥乏味，易产生对康复的排斥情绪，不利于康复治疗的进行，此外，目前的外骨骼的传感器信息采集较少，患者穿戴起来不舒服，不利于持久训练。
技术实现思路
针对上述现有技术不足，本技术的目的是提供一种移动式下肢外骨骼康复机器人及其控制系统，其通过路径规划、地图重构、自主壁障等功能保障康复患者在移动的环境中自由安全的运动以及训练数据上传的问题。本技术采取的具体技术方案是：一种移动式下肢外骨骼康复机器人，包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置。优选地，所述移动机器人上端两侧的支架上固定安装有直线滑轨，直线滑轨上安装有滑块，滑块外侧固定连接减重装置；所述直线滑轨内侧设有丝杆，直线滑轨一端设有无刷电机，所述无刷电机转轴与丝杆连接，无刷电机驱动丝杆转动进而带动滑块沿着直线导轨上下移动。优选地，所述驱动轮上设有轮毂电机。优选地，所述外骨骼机器人还设有四个电机，分别安装于外骨骼的髋关节和膝关节。相应地，本技术还提供了一种移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，其中，所述下肢外骨骼机器人控制系统包括FPGA控制板、力传感器、足底压力传感器、左右膝关节电机、左右髋关节电机，其中，所述FPGA控制板安装在移动机器人的顶部支架上，其分别与上述各电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述FPGA控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述力传感器安装在下肢外骨骼机器人大腿杆中部，其串口电性连接FPGA控制板串口；所述足底压力传感器安装在下肢外骨骼机器人脚踏板中部，其与FPGA控制板的spi总线接口通过电线相连；所述力传感器、足底压力传感器分别与数据终端通讯连接；所述移动机器人控制系统包括ARM控制板、无刷电机、两个轮毂电机、拉力传感器、防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达传感器，其中，ARM控制板的PB5、PB6、PB7接口分别电性连接无刷电机的电机驱动器的sv、F/R、BRK接口，分别控制无刷电机的信号、方向和急停，电机驱动器与无刷电机之间采用电源线、编码线和信号线连接；所述ARM控制板与上述各轮毂电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述ARM控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各轮毂电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述激光雷达传感器安装在移动机器人的顶部支架中间，其与ARM控制板通过I2C通讯连接；所述防跌落传感器安装在移动机器人底架上、前从动轮的上方，其与ARM控制板I/O通过屏蔽线直接连接；所述超声波传感器安装在移动机器人底架上、从动轮的上方，其与ARM控制板通过RS485通讯连接；所述FPGA控制板与ARM控制板之间为串口连接，所述FPGA控制板、ARM控制板分别与数据终端通讯连接。优选地，所述力传感器、足底压力传感器分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接。优选地，所述FPGA控制板、ARM控制板分别通过WiFi或蓝牙或局域网与数据终端通讯连接。本技术的有益效果是：1、本专利技术可通过操作数据终端的显示屏设置相应的运动模式和训练参数，信息通过通讯模块发送至ARM控制器，ARM控制器发指令至无刷电机，再通过拉力传感器的信息反馈，精确地控制减重重量；下肢双腿外骨骼和移动机器人的驱动轮也可以接收控制器的指令，开始协调带动人体运动；超声波和防跌落传感器实时扫描道路上的障碍，将信息传递至控制器，进行动态避障；激光雷达传感器扫描地面信息传至控制器，控制器选择最优的规划路径进行运动。2、本专利技术通过力传感器、足底压力传感器采集病人的训练的人机交互力、关节运动角度、速度等信息，实时通过通讯模块上传患者的训练信息至数据终端，通过数据终端，患者家属和医生可以实时的了解患者的训练情况。3、本专利技术通过力传感器、足底压力传感器采集病人的训练的人机交互力、关节运动角度、速度等信息，实时监测人体的运动力，把力的信号传给FPGA控制器，FPGA控制器通过控制各关节电机使外骨骼本体更好的适应人体的运动，使人感觉更为舒适。附图说明图1为本技术的移动式下肢外骨骼康复机器人的结构示意图；图2为本技术的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统的结构组成图。具体实施方式为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。实施例一种移动式下肢外骨骼康复机器人，如图1所示，包括移动机器人1、下肢外骨骼机器人2、减重装置3，其中，所述移动机器人1底架上安装有两个驱动轮11，四个从动轮12，所述驱动轮11上设有轮毂电机；所述外骨骼机器人2安装于移动机器人1龙门架的内侧，其与移动机器人1通过螺栓连接；所述外骨骼机器人2还设有四个电机，分别安装于外骨骼的髋关节和膝关节；所移动机器人1上端两侧设有减重装置3，其中，所述移动机器人1上端两侧的支架上固定安装有直线滑轨13，直线滑轨上安装有滑块14，滑块14外侧固定连接减重装置；所述直线滑轨13内侧设有丝杆，直线滑轨13一端设有无刷电机，所述无刷电机转轴与丝杆连接，无刷电机驱动丝杆转动进而带动滑块沿着直线滑轨13上下移动。如图2所示，上述移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，其中，所述下肢外骨骼机器人控制系统包括FPGA控制板、力传感器、足底压力传感器、左右膝关节电机、左右髋关节电机，其中，所述FPGA控制板安装在移动机器人的顶部支架上，其分别与上述各电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述FPGA控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各电机通过电源线、编码线和信号线连接；FPGA控制板发出控制指令，通过can接口传到各电机驱动器，各电机驱动器经过信号线传至电机，各电机电机转动，控制器101同时下发四个控制信号给四个电机，电机同时按照指令转动，不同的指令导致电机驱动器输出不同的电流，从而控制电机不同的速度，驱动器输出电流越大速度越大，驱动器输出电流越小，电机转速越小。所述力传感器安装在下肢外骨骼机器人大腿杆中部，其串口电性连接FPGA控制板串口，力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于包括移动机器人、下肢外骨骼机器人、减重装置，其中，所述移动机器人底架上安装有两个驱动轮，四个从动轮，所述外骨骼机器人安装于移动机器人龙门架的内侧，其与移动机器人通过螺栓连接；所移动机器人上端两侧设有减重装置。


2.根据权利要求1所述一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于所述移动机器人上端两侧的支架上固定安装有直线滑轨，直线滑轨上安装有滑块，滑块外侧固定连接减重装置；所述直线滑轨内侧设有丝杆，直线滑轨一端设有无刷电机，所述无刷电机转轴与丝杆连接，无刷电机驱动丝杆转动进而带动滑块沿着直线导轨上下移动。


3.根据权利要求1所述一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于所述驱动轮上设有轮毂电机。


4.根据权利要求1所述一种移动式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于所述外骨骼机器人还设有四个电机，分别安装于外骨骼的髋关节和膝关节。


5.根据权利要求1-4任意一种所述的移动式下肢外骨骼康复机器人的控制系统，其特征在于包括下肢外骨骼机器人控制系统、移动机器人控制系统、数据终端，其中：
所述下肢外骨骼机器人控制系统包括FPGA控制板、力传感器、足底压力传感器、左右膝关节电机、左右髋关节电机，其中，所述FPGA控制板安装在移动机器人的顶部支架上，其分别与上述各电机通过各自的电机驱动器连接，具体为所述FPGA控制板的can接口电性连接各电机驱动器的can接口，各电机驱动器与各电机通过电源线、编码线和信号线连接；所述力传感器安装在下肢外骨骼机器人大腿杆中部，其串口电性连接FPGA控制板串口；所述足底压力传感器安装在下肢外骨骼机器人脚踏板中部，其与FPGA控制板的spi总线接口通过电线相连；所述力传感器、足底压力传感器分别与数据终端通讯连接；
所述移动机器人控制系统包括ARM控制板、无刷电机、两个轮毂电机、拉力传感器、防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达...

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