[发明专利]一种双臂移乘机器人模拟实验平台及其测试方法

权利要求书

1.一种双臂移乘机器人模拟实验平台，其特征在于该平台包括由左手臂和右手臂构成的末端执行机构、控制系统、脑电波仪、肌电传感器，左右两个手臂的轴线平行，都能在垂直轴线的竖直平面内做平面运动，即每个手臂在竖直平面内都具有两个自由度，分别为上下平动和左右平动；两个手臂在垂直轴线的竖直平面内的两自由度平动分别由相应的电机执行；在左手臂和右手臂上分别附有左臂工程皮肤和右臂工程皮肤，两个手臂的前后位置均安装有用于检测手臂所承受压力大小的压力传感器，

所述控制系统包括工控机和PMAC多轴运动控制卡，工控机与PMAC多轴运动控制卡通过网线连接，PMAC多轴运动控制卡连接多个伺服驱动器，伺服驱动器连接控制手臂运动的电机，工控机通过无线网连接脑电波仪和肌电传感器，压力传感器通过压力放大器及USB数据采集卡与工控机连接，工程皮肤通过相应的嵌入式采集板与工控机的串口连接；在工控机上还连接有显示器，工程皮肤用于采集受试者横躺于双臂之间时受试者与双臂间的接触位置和该接触位置所对应的压力大小，并以压力云图的方式显示在显示器中；

所述脑电波仪佩戴在受试者头部，所述肌电传感器配戴在受试者的腰部、腹部、背部和大腿内侧；

双臂移乘机器人模拟实验平台的测试方法是：

第一步、测试前的准备：连接设备，将脑电波仪佩戴在受试者头部，用于采集受试者在测试过程中的脑电波信息，判断受试者的反应；并且在受试者身体的腰部、腹部、背部和大腿内侧配有肌电传感器，用于检测受试者肌肉的紧张程度；

第二步、静态测试：测试时，在初始人体模型的基础上，输入受试者的体型参数，得出对应人体所需的机器人双臂的相对位置关系、双臂运动轨迹、运动速度和运动路径补偿值，在确保双臂的相对位置的条件下双臂下降至最低点，此时受试者登上实验平台，并横躺于左手臂和右手臂之间，记录此时压力传感器的信息；在此基础上，缓慢调节左手臂和右手臂之间的相对位置，并记录受试者肌电传感器的信息，得到人体四肢的运动状态，并使肌肉处于松弛状态；同时采集脑电波的信息，确定受试者的大脑紧张程度；综合肌电传感器和脑电波仪的信息反馈，判断受试者处于最放松和舒适的状态，记录此时左手臂和右手臂的位置关系，并记录四个压力传感器的信息；

第三步、动态测试：在上述基础上，受试者横躺于左手臂和右手臂上做出相应的动作，实验平台测试在人动作的条件下的自平衡能力；当受试者动作时，左臂工程皮肤和右臂工程皮肤的压力云图产生相应的变化，控制系统根据压力云图的变化，反推出受试者的姿态和变化趋势，控制四个电机转动，从而控制左手臂和右手臂做出相应的动作，保证受试者在双臂上的安全；在每次动作的过程后，持续记录佩戴在受试者身体上的肌电传感器和脑电波仪的信息，判断在整个动作过程中人体的运动状态、放松程度和安全度；

第四步、完善人体模型：在完成上述过程后，根据实验过程中采集和记录的传感器信息、双臂相对位置、双臂运动轨迹、运动速度和运动路径补偿值信息，验证初始人体模型是否符合该受试者的使用要求，如果不满足要求，将实验过程中采集的数据替换模型数据，然后多次更换受试者，重复上述实验步骤，在获得大量数据后，优化初始人体模型参数，确定出相对最优的人体模型。

2.根据权利要求1所述的双臂移乘机器人模拟实验平台，其特征在于所述控制手臂运动的电机的型号均为安川伺服电机SGM7J-08AFC6E，伺服驱动器的型号为SGD7S-5R5A00A002；压力传感器型号为FC-WM-500N；肌电传感器使用的是DELSYS Trigno^TM数字实验室系统；脑电波仪型号为EMOTIV Epoc+的无线便携脑电波仪。