[发明专利]下肢机器人速度控制系统与方法

说明书

本发明提供了一种下肢机器人速度控制系统与方法，包括：激光多普勒传感器模块：固定在下肢机器人上，向地面发射激光，通过采集地面的散射光得到运动过程中产生的多普勒信号；信号处理模块：测算多普勒信号中的特征频率，进而测定运动过程中的速度；速度调节模块：根据测得的数据实时调节下肢机器人下一次运动的速度；结构件：所述激光多普勒传感器模块、信号处理模块以及速度调节模块通过结构件固定在下肢机器人上。本发明创新性地将激光多普勒传感器应用于可穿戴机器人速度测量系统中，这种传感器精度高、空间分辨率高，工作时不会受运动的振动带来的影响，而且光路稳定，光源热稳定性好，使用寿命长，适合长时间工作。

技术领域

本发明涉及下肢康复机器人的控制领域，具体地，涉及一种下肢机器人速度控制系统与方法。

背景技术

由于疾病和安全意外等原因，步行功能障碍患者一直在增多，由于某些地区医疗水平的落后和医疗费用昂贵等问题，许多患者错失了最佳的康复时机，为了让更多的患者能够自己在家中恢复步行能力又不用承担高额的医疗费用，发展下肢康复机器人就显得尤为迫切。

传统的下肢康复训练机器人鲜有速度调节功能，在使用下肢机器人进行康复训练时，不能控制步行过程中的速度以及步伐大小，速度太快超出患者的承受能力，会对患者造成二次伤害，而速度太慢又达不到康复训练的效果。现有的带速度调节系统的下肢机器人利用模式识别技术采集运动信息，但此类方式的实现难度较大，研发成本较高。因此，一款成本和技术难度较低的下肢机器人速度调节系统可以为不同的步行功能障碍患者提供适合自己的训练模式。

专利文献CN113325720A公开了一种具有运动速度决策的康复训练机器人自适应跟踪控制方法，其特征在于：比较康复训练机器人的当前运动速度和训练者的当前步行速度，并将比较结果的速度值大小作为速度决策的状态变量，以康复训练机器人加速、减速、匀速运动作为速度决策的动作，依据比较的速度值之差设计决策过程的奖惩值函数，实现康复训练机器人运动速度决策；利用决策的运动速度及康复训练机器人动力学模型建立跟踪误差系统，提出机器人适应训练者步行速度的跟踪控制方法，使误差系统实现稳定并确保人机系统运动速度协调。此方案在实现上难度较大，且成本较高。

综上所述，本发明提出的下肢机器人速度控制系统与方法旨在降低生产成本和实现难度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种下肢机器人速度控制系统与方法。

根据本发明提供的一种下肢机器人速度控制系统，包括：

激光多普勒传感器模块：固定在下肢机器人上，向地面发射激光，通过采集地面的散射光得到运动过程中产生的多普勒信号；

信号处理模块：测算多普勒信号中的特征频率，进而测定运动过程中的速度；

速度调节模块：根据测得的数据实时调节下肢机器人下一次运动的速度；

结构件：所述激光多普勒传感器模块、信号处理模块以及速度调节模块通过结构件固定在下肢机器人上。

优选的，所述激光多普勒传感器模块包括电源、光学元件以及外壳，所述光学元件包括激光光源、透射光栅、光阑、会聚透镜、反射镜以及滤波片，所述激光光源与电源连接；

所述外壳分成两个空间，第一空间布置所述光学元件，所述光学元件以双光束型光路进行排布，所述第二空间放置电源。

优选的，所述信号处理模块包括光电探测器和数据处理模块，所述数据处理模块包括数字示波器、计算机以及数据处理程序；

所述光电探测器布置在外壳的第一空间中，采集地面的散射光信号，并与所述数据处理模块中的示波器相连，进行A/D转换，所述计算机与示波器相连，读取A/D转换后的二进制数字信号，所述数据处理程序对数字信号进行处理。

优选的，所述数据处理程序包含以下步骤：