基于多传感器信息融合康复机器人感知系统设计

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近年来,一方面随着中国人口老龄化的加剧,由人体机能减退而导致的各种行动不便的老年人越来越多。另一方面由于天灾人祸而造成的运动性障碍患者也不断增加。并且绝大多数患者得不到有效的治疗。在这些人中有很大一部分不能独自完成康复训练,需要借助人或者机器辅助完成治疗。因此,本课题设计并实现了一种下肢康复机器人系统,可以辅助患者进行康复训练。本文首先从现有的康复治疗方法入手,介绍了感知系统的硬件和算法设计,并进行了实验与分析。主要内容包括:1)对现如今康复治疗方法进行分析。只有了解这些康复训练方法才能设计出合适的康复机器人系统,达到更好的康复训练效果;2)借鉴医学上的康复方法,完成了康复机器人的机械结构、感知系统、控制系统和动力系统设计;3)感知系统硬件设计与实现,主要包括脚底压力传感器模块、编码器模块、姿态仪模块和主控模块的硬件电路设计和实现。由于各传感器模块和主控板之间使用CAN总线进行通信,故对CAN总线进行了介绍并对感知系统CAN总线通信协议进行了设计;4)感知系统中算法设计,包括各个传感器采集的原始信号的滤波、压力传感器的标定、编码器信息解算、姿态仪信息解算和融合;5)通过实验验证各个传感器模块的实用性和感知系统中算法的有效性。本文通过CAN总线通信将康复机器人的感知系统与控制系统紧密的结合到一起,这样能使整个康复机器人系统开发更加容易且灵活。肌电传感器的加入,既增加了一种训练模式,又可以通过患者的肌电信息分析康复训练效果。
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