助力携行装置感知系统的设计与实现

摘要

科学技术的高速发展，不断的把人类从体力劳动中解放出来。其中一个标志性事件就是机器人的出现。机器人的高效性、动作的高精度性和高响应速度能够帮助人类完成很多繁重、乏味、危险的工作。机器人可用于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。助力携行系统是模仿人体下肢骨骼系统，结合传感技术、计算机技术、控制技术等，为人体行走时提供动力，扩展人体运动能力，增强人体力量。目前，已广泛应用于助老助残、康复训练等。
　　感知系统是携行助力装置研究的最重要内容之一。良好的感知能力是携行系统运动控制的基础，它直接关系到助力携行系统随动性，可控性。对可穿戴型步行助力系统来说，因外骨髂的运动以人的意图为导向，需实时、准确的检测人体运动参数，而人体运动参数具有时变性和复杂性的特点，这就对携行助力装置感知系统提出了更高的要求。本文的主要研究工作是根据控制系统需求，对助力携行装置感知系统进行设计与实现，主要包括的内容有：人体助力携行系统感知系统的设计与实现，包括传感器的选型、安装以及传感器的布局设置，感知系统逻辑设计等；传感器前端电路与数据传输系统的实现，包括对多个传感器信号的采集，放大调理电路的设计与实现，以及数据采集卡及数据传输系统的设计。
　　根据项目需求，实现了感知系统所需的所有电路，并完成了各传感器的布局设计，且能够将采集的传感器数据通过CAN总线实时有效的传输至上位机控制板。通过实验获取了大量的传感器信息，最终通过matlab软件对采集的传感器数据进行了分析，主要包括油源压力传感器传感器，膝关节角度编码器，液压缸压力传感器和足底压力传感器等。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 人体助力携行系统的研究状况

1.3 人体助力装置感知系统研究现状

1.4 论文的主要研究内容和目的

1.5 论文章节安排

第二章 数据融合技术的研究

2.1 传感器信息分类

2.2 多传感器信息融合的结构与控制

2.3 数据融合的具体方法和拓扑结构

第三章 人体助力携行系统感知系统的设计与实现

3.1 传感器技术介绍

3.2 感知与控制系统方案设计

3.3 感知系统逻辑设计

3.4 传感器的选型与安装

3.5 传感器的布局及放大调理电路的设计与实现

3.6 薄膜压力传感器A401的标定实验

第四章 传感器数据采集与传输系统的设计与实现

4.1 数据采集与传输系统的整体设计

4.2 CAN 总线技术的研究

4.3 数据采集与传输系统硬件的实现

4.4 数据采集与传输系统软件的实现

第五章 传感器数据采集测试结果分析

5.1 液压缸流量分析

5.2 膝关节处运动角速度分析

5.3 左右缸压强分析

第六章 总结与展望

6.1 总 结

6.2 展 望

致谢

参考文献

在学期间的研究成果