【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗康复设备及机器人控制领域，具体说是一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统及方法。
技术介绍
1、行走辅助机器人作为一种康复助行设备，近年来一直在不断发展，成为机器人的重点研究领域之一。行走辅助机器人能够解决老、弱、病群体行走不便的困难，减轻行走负担。
2、现有的行走辅助机器人产品功能较为单一，不能有效的识别用户运动意图，对于不同地形、不同场景下的易用性也很低，同时在主动安全上也缺乏有效保障；想要行走辅助机器人能够更好地帮助用户轻松、自由地行走，既要考虑用户的使用体验，也要保证用户使用时的行走安全性。一套完整且可靠的自适应控制方法是保证行走辅助机器人的安全性、实用性与稳定性的关键。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种应用于行走辅助机器人的自适应控制方法。通过该方法能够提高行走辅助机器人的易用性、可靠性、完善性与安全性，更好保证用户实现轻松、自由地行走，有效的减低用户行走的疲劳度，提高用户行走的安全性，完善优化用户的使用体验。
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，包括：传感器信息采集模块、意图识别与环境识别模块、自适应控制模块以及运动控制模块；
3、传感器信息采集模块，用于实时采集设于行走辅助机器人各个位置上的传感器信息，并发送至意图识别与环境识别模块和自适应控制模块；
4、意图识别与环境识别模块，用于根据接收行走辅助机器人各个位置上的传感器信息，识别分析出
5、自适应控制模块，用于根据包括行走的方向和速度的用户行走意图，对运动控制模块的速度指令大小和方向进行动态调整，以及根据提供不同的助力或阻力的模式进行动态调整，并传递到运动控制模块；同时，还根据传感器信息采集模块采集的传感器数据对用户进行安全保护，并传递到运动控制模块；
6、运动控制模块，用于实现对行走辅助机器人左、右轮电机的运动控制，辅助用户行走。
7、所述传感器信息采集模块，包括：电容接触传感器、陀螺仪传感器、电机参数采集单元、力传感器以及避障传感器；
8、电容接触传感器设于行走辅助机器人的设备把手上，用于采集用于握把检测的电容接触传感器信息，并分别发送至意图识别与环境识别模块和自适应控制模块；
9、陀螺仪传感器设于行走辅助机器人的控制器内，用于采集行走辅助机器人在空间中的角速度或角位移，以实时获取行走辅助机器人姿态，并发送至意图识别与环境识别模块；
10、电机参数采集单元，用于采集电机反馈电机电流与速度信息，并分别发送至意图识别与环境识别模块和自适应控制模块；
11、力传感器设于行走辅助机器人的设备把手上，用于采集用户使用设备把手的左、右把手时产生的作用力，并将作用力大小发送至意图识别与环境识别模块和自适应控制模块；
12、避障传感器为声呐传感器或激光传感器，设于行走辅助机器人前进方向的车体前端，用于采集声呐数据和激光数据，进而获取到行走辅助机器人前方障碍物距离，并分别发送至意图识别与环境识别模块和自适应控制模块。
13、所述意图识别与环境识别模块，包括：分别与自适应控制模块连接的意图识别与行为分析单元、环境识别单元；
14、意图识别与行为分析单元，分别与电容接触传感器、力传感器连接，用于接收用户使用左、右把手时产生的作用力大小，判断用户行走的意图强度，量化意图强度，并将预测用户行走速度和方向发送至自适应控制模块；
15、所述环境识别单元，与陀螺仪传感器连接，用于根据发送的行走辅助机器人姿态，获取用户行走时地面坡度变化，根据地面坡度变化选择提供不同的助力或者阻力大小模式，并发送至自适应控制模块。
16、所述自适应控制模块，包括：速度自适应控制单元、人机交互力控制单元以及用户保护单元；
17、速度自适应控制单元分别与意图识别与行为分析单元、电机参数采集单元连接，用于根据意图识别与行为分析单元发送的不同的助力或者阻力大小模式以及电机电流与速度信息，动态调整电机电流与速度信息；
18、人机交互力控制单元分别与环境识别单元、电机参数采集单元连接，用于根据将人与行走辅助机器人之间的相互作用力作为控制的对象，控制行走辅助机器人的行进速度，起到辅助用户行走的功能；
19、用户保护单元，分别与电容接触传感器、力传感器以及避障传感器连接，用于根据电容接触传感器信息，判断用户是否存在把手脱离状况，并对行走辅助机器人进行启停控制；同时，根据接收用户使用左、右把手时产生的作用力大小变化，判断用户是否存在跌倒危险，并控制行走辅助机器人启动防倒车功能；还根据探测行走辅助机器人前方障碍物，当用户行走时障碍物达到设定距离时减速或停车，避免用户被障碍物绊倒或者撞击。
20、一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统的控制方法，包括以下步骤：
21、1)传感器信息采集模块采集到的传感器信息一方面直接传递给自适应控制模块，另一方面传递给意图识别与环境识别模块；
22、2)意图识别与环境识别模块通过电容接触传感器信息及力传感器信息，识别分析出人的行走的意图强度，包括行走的方向和速度，并发送至自适应控制模块；
23、3)同时，意图识别与环境识别模块识别用户辅助行走时地面坡度变化，根据反馈信号选择提供不同的助力或者阻力大小模式，并发送至自适应控制模块；
24、4)自适应控制模块根据包括行走的方向和速度的用户行走意图对运动控制的速度指令大小和方向、阻力/助力大小进行动态调整，传递到运动控制模块实现对行走辅助机器人左、右轮电机的运动控制，辅助用户行走，同时自适应控制模块根据传感器信息采集模块采集的传感器数据对用户进行安全保护。
25、所述步骤2)，具体为：
26、2-1)意图识别与行为分析单元通过获取行走辅助机器人左、右把手上的电容接触传感器及力传感器数据信息结合，识别用户包括走行的方向和速度的行走意图，根据力传感器数据的大小，量化用户行走意图的强度，得到用户目标行走的速度，即：
27、vi＝fv(fr,fl)
28、其中，vi为用户的目标行走速度；fr为用户施加在行走辅助机器人右侧把手的实际作用力大小；fl为用户施加在行走辅助机器人左侧把手的实际作用力大小；
29、2-2)根据反馈信号选择不同的行走模式：转弯运动、前进/后退运动、静止以及启动；
30、2-3)根据左、右两手的作用力大小之差，得出用户的目标行走方向；
31、2-4)当某一侧把手作用力降低或某一侧把手存在向后拉扯的作用力，另一侧把手作用力升高，则根据用户的目标行走方向控制小车两个轮子的转速，运动差速调节小本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，包括：传感器信息采集模块、意图识别与环境识别模块、自适应控制模块以及运动控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块，包括：电容接触传感器、陀螺仪传感器、电机参数采集单元、力传感器以及避障传感器；
3.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，所述意图识别与环境识别模块，包括：分别与自适应控制模块连接的意图识别与行为分析单元、环境识别单元；
4.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，所述自适应控制模块，包括：速度自适应控制单元、人机交互力控制单元以及用户保护单元；
5.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤2)，具体为：
7.根据权利要求5所述的一种应用于行走辅助机器人的自
8.根据权利要求5所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制方法，其特征在于，自适应控制模块对运动控制的速度指令大小和方向进行动态调整，具体为：
9.根据权利要求5所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制方法，其特征在于，所述自适应控制模块根据传感器信息采集模块采集的传感器数据对用户进行安全保护，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，包括：传感器信息采集模块、意图识别与环境识别模块、自适应控制模块以及运动控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块，包括：电容接触传感器、陀螺仪传感器、电机参数采集单元、力传感器以及避障传感器；
3.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，所述意图识别与环境识别模块，包括：分别与自适应控制模块连接的意图识别与行为分析单元、环境识别单元；
4.根据权利要求1所述的一种应用于行走辅助机器人的自适应控制系统，其特征在于，所述自适应控制模块，包括：速度自适应控制单元、人机交互力控制单元以及用户保护单元；
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈禹希，吴树智，李学威，艾宏远，孟庆铸，陆英男，
申请(专利权)人：沈阳机器人产业发展集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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