新型下肢助力机器人感知系统设计与应用

本文探讨了可穿戴型下肢助力机器人感知系统的研究，涉及电子技术、CAN总线通信、开发板制作以及ARM开发板的应用。该系统旨在通过感知人体运动意图，为下肢提供协调且有效的助力，减轻使用者的负担，尤其适用于康复治疗和增强负重能力。 1. 可穿戴型下肢助力机器人概述 可穿戴型下肢助力机器人是一种辅助人体下肢运动的装置，它通过安装在髋关节和膝关节的伺服电机，根据人体的运动意图调整关节的角度和速度，以实现与人体自然运动的协调。这种机器人可以帮助老年人、身体残疾者或需要负重行走的人员改善运动能力，同时也能为康复治疗提供支持。 2. 国内外研究现状 目前，全球有多个实验室致力于可穿戴型下肢助力机器人的研发，日本和美国在此领域领先。例如，日本筑波大学的HAL混合助力腿利用EMG传感器监测肌肉电流，而美国加州大学伯克利分校的BLE-EX下肢外骨骼则采用液压驱动，两者都实现了对人体下肢运动的辅助。但这类设备普遍存在的问题是肌电传感器需直接接触皮肤，容易受到汗液、安装质量等因素的影响，导致信号不稳定和控制难度增加。 3. 新型感知系统设计 为解决上述问题，本文提出了一种新型的感知系统，该系统专注于获取人体与机器人外骨骼之间的接触力信息，结合关节角度数据，以非侵入性的方式控制外骨骼，从而更准确地实现助力。这一设计可以减少对皮肤接触的依赖，提高系统的稳定性和用户舒适度。 4. 助力机器人系统架构 可穿戴型下肢助力机器人系统主要包括机械结构、传感器网络和控制系统三个部分。机械结构包括12个自由度，每条腿有6个自由度，确保髋、膝、踝关节的灵活运动。传感器负责采集关节角度和接触力数据，而控制系统则基于这些信息来调整伺服电机的工作状态，实现助力功能。 5. 技术关键点 - 使用CAN总线进行传感器和控制器之间的高效通信，提高系统的实时性和可靠性。 - ARM开发板作为核心计算平台，处理来自传感器的大量数据，执行复杂的控制算法。 - 电子技术的应用，如传感器选择和信号处理，对于确保系统性能至关重要。 6. 结论与展望 可穿戴型下肢助力机器人感知系统的研究对于提升机器人的辅助效果和用户体验具有重要意义。未来的研究可能聚焦于优化传感器技术，提高信号处理能力，以及进一步减小设备体积和重量，以实现更轻便、智能的可穿戴机器人。