[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

说明书

本发明涉及一种双臂移乘机器人模拟实验平台及其测试方法，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。该方法在输入不同的人体模型参数的情况下，双臂可以满足被横抱人体的动平衡、安全度与舒适度等要求。

技术领域

本发明涉及移乘护理机器人技术领域，具体涉及一种双臂移乘机器人模拟实验平台及其测试方法。该方法用于解决双臂移乘机器人抱起不同人体时人体舒适度和双臂平衡之间的问题。

背景技术

随着人口老龄化程度逐渐加剧，失能、半失能老人的生活护理需求日益增长。护理主要包括进食服务、移乘搬运以及个人卫生清洁等生活照顾。其中，移乘搬运是指把行动不便的被护理人从床上转移到轮椅，或从轮椅转移到床上、卫生间等体力劳动。目前，无论是居家护理还是在医院、养老院等护理机构，移乘搬运基本都是通过人工实现的，这极大的增加了护理人员的负担。移乘护理设备目前主要有床椅一体化多功能护理床、移乘护理机器人、双臂移乘机器人三种，其功能和适用对象范围依次递增。

在双臂移乘护理机器人的研究中，如何保证机器人护理过程中体型不同的被护理人在双臂上的平衡和安全，以及如何提高被护理人在双臂上的舒适度，这两个方面的研究更是尤为重要。为解决上述问题，其关键技术包括被护理人的姿态识别和机器人双臂运动轨迹的规划等方面。

对于被护理人的姿态识别，现有的姿态识别系统多数使用的是通过摄像头或微软kinect采集人体图像的视觉信息采集方法。由于人体结构的复杂性，在进行图像处理时产生数据处理量过大、识别时间过长、识别精度偏低等问题。同时，在双臂移乘护理机器人上使用基于视觉的姿态识别系统时，其摄像头需要安装机器人头部或头部附近，这样便产生了摄像头图像采集的盲区，极大的降低了对于被护理人的姿态识别精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种双臂移乘机器人模拟实验平台及其测试方法。该平台利用压力传感器、工程皮肤和肌电传感器结合的多传感器融合方法采集被护理人横躺于双臂上的姿态，同时使用脑电波仪和肌电传感器采集人体大脑和肌肉的电信号，判断人体的舒适度。该方法用于测试不同人体横躺于所述平台中的所述双臂上时，人体舒适度与两个机器臂之间相对位置的关系，并通过验证与改进人体模型，使得在输入不同的人体模型参数的情况下，双臂可以满足被横抱人体的动平衡、安全度与舒适度等要求。其中，所述双臂之间的相对距离可在以手臂方向为法线的竖直平面内调整，双臂各有两个自由度。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

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；