一种用于步态检测的柔性双足助力机器人感知系统的研究

摘要

可穿戴步行助力机器人是一种交互式机器人系统，在日常生活、运动康复、临床医疗及军事应用等领域有广阔的前景。它通过感知系统获取穿戴者的运动意图，并检测当前人体及机器人所处的状态，利用这些信息规划、控制机器人的执行机构，帮助人体完成步行运动的动作。
　　 机器人对人体进行助力的第一步就是对人体运动意图的识别。而步行运动的最重要的特点是呈现出一定的周期性。机器人对人体的助力首先要对步态的周期性进行检测，识别步态各个周期并针对不同周期的运动特点规划机器人的运动。而步行过程中，足底与地面的接触力是非常重要的信息，随步行的过程足底压力也表现出响应的周期性。本文首先对人体步行运动进行深入分析，找出足底压力与步态变化的同步特点，然后设计了机器人的感知系统，通过采集足底的压力变化信息对步态的周期进行识别、划分，从而使控制系统可以根据不同的步态相位，规划机器人的运动，使机器人的动作更柔顺、得到更好的助力效果。
　　 本文的主要内容如下：
　　 1.分析人体步态运动的特点：从解剖学角度入手，分析步行时下肢的运动的特点，并调研步态检测的方法。
　　 2.感知系统的设计与实现：介绍了感知系统的总体设计概念，对足底压力传感器选型，设计调理电路，标定传感器，并编写了数据采集的软件，完成感知系统的设计。
　　 3.利用感知系统对人体步行做实验研究：对实验的方法和环境进行介绍。然后根据实验得到的数据，对其中的特征进行描述与解释，并深入分析各步态周期内的特征。最后提出步态周期划分、识别的方法，并验证了周期划分的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2研究内容

1.3论文的结构安排

第2章 步行运动分析

2.1人体步行运动分析

2.1.1人体下肢解剖学机理

2.2.2步行运动分析

2.2步态检测的方法

第3章 感知系统的设计与实现

3.1柔性双足下肢步行助力机器人

3.2足底压力信息的获取

3.2.1传感器的选型与标定

3.2.2信号调理电路的设计

3.2.3 Flexiforce的布局

3.3其他传感器的应用

3.3.1加速度传感器

3.3.2角位移传感器

3.3.3系统抗干扰措施

3.4数据采集与处理软件

第4章：感知系统的实验分析

4.1实验方法与环境介绍

4.2实验结果与分析

4.2.1总体特征

4.2.2足底压力与步态周期分析

4.3压力特征与步态周期识别

第5章 结束语

5.1工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文和取得的研究成果