助行机器人系统设计.pdfVIP

120 传感器与微系统 (TransducernadMicrosystemTechnologies) 2010年 第29卷第8期 助行机器人系统设计 方 芳，周武啸，韦 巍 (浙江大学 电气工程学院。浙江 杭州 310027) 摘 要：提出了一种由行走意图引导和动力驱动的搀扶助行机器人系统ZJUWalker，该机器人系统能够 为使用者提供身体支撑 、行走辅助，并同时保证行走过程的安全性和舒适性。系统采用扭矩传感器作为人 机接 口感知使用者行走意图，并通过加速度传感器监测使用者行走步态，采用共享控制的方法结合行走意 图以及由超声波传感器 、红外测距传感器检测到的环境信息控制机器人的运动。介绍了机器人系统的总 体框架、传感器系统以及运动控制算法的设计，并给出了实验数据以证明机器人系统的有效性。 关键词：助行机器人；传感系统；控制系统 中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1000--9787(2010)08-0120-03 Designofawalkerrobot FANG Fang，ZHOU Wu—xiao，WEIWei (CollegeofElectricalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China) Abstract：Anactivetypeofroboticmobilityaid37uWalkerispresented．ZJUWalkerisdesignedtofacilitate safemobilizationforelderly．Itprovidesphysicalsupportandwalkingassistance．37uWalkerusestorquesensors asamainlaserinterfacetosenseuser’swalkingintentandanaccelerometertomonitortheuser’sgait．A shared controlsystem isallocated betweentheuserandthewalker．Itintegratestheuser’Sintentand environment jnformationdetectedbythesonarsensorsand infraredsensorstocontvo1thewalker’Smotion．Issuesofsystem description，sensing，andcontrolapproachfirepresented．I1Ievalidityofthedesignisverifiedbytheexperimental results． Keywords：walkerrobot；sensingsystem；controlsystem 0 引 言 助行器的把手上安装了力一扭矩传感器作为主要的人机接 据全国老龄办的研究报告 “显示 当前中国已进入快 口。另一种助行系统是基于被动式机器人概念建立的 速老龄化阶段。在这一阶段，中国平均每年将新增 596万 “MARCSmartWalker” ，它包括一个由舵机控制的前轮 老年人 口，到2020年，老年人 口将达到2．48亿。伴随老龄 和2个辅助后轮。安装有超声波和红外传感器，在助行器 化过程最为显著的特征就是由于身体机能衰退而引起的行 把手上安装有测力传感器，用于检测使用者行走意图。 走能力下降，这严重影响了老年人的日常生活质量 J。与 本文分别介绍了助行机器人系统的总体结构、传感器 此相对的是 目前广泛使用的助行设备 (如，拐杖、助步架