下肢康复训练机器人的数据采集系统设计张博刘天孚.PDFVIP

下肢康复训练机器人的数据采集系统设计 张博 刘天孚 （哈尔滨工程大学 自动化学院，黑龙江，哈尔滨） 摘要：本文结合实际需求，了解下肢康复患者在康复过程中的恢复情况，对患者的足底力进 行测量和分析，对自行设计的压力传感器进行数据采集。通过采用 Soc(System On Chip,片 上系统)芯片，设计具有高稳定性、高精度的硬件电路进行数据采集，并将采集到的数据传 给 PC 机,进行数据分析。经实验证明,这些电路抗干扰能力强、实时性好，其数据精度完全 满足控制系统要求。 关键字：数据采集;足底力;压力传感器;控制系统 中图分类号: TP274.2 文献标识码：B Design of data - collected system about lower limb rehabilitation training robot ZhangBo ，Liu Tian-fu (College of Automation , Harbin Engineering University, Harbin 150001,China) Abstract: This paper proposed to understand lower limb rehabilitative patients in rehabilitation process with measuring foot applied force and collecting the data of moment pressed on the blades by the sensor designed by ourselves. By adoption the Soc(System On Chip) and designing the hardware circuit of higher stability and higher precision collects the data ,and transmit the data to computer, and then analyses the data. The test proves the system has higher checking precision and has stronger ability of resistance interrupt and the well real time. The design has satisfied the request of the control system. Keywords: data-collected; foot applied force; force sensor;control system 0 引言 近年来，随着医学、机械学、传感技术、生物医学、智能控制技术、计算机图形学、计 算机视觉、机器人及其他新兴技术的迅速发展，给生物医学工程领域的医用机器人技术带来 了高速发展的契机，促进了医用领域的设备自动化和机器人化。医疗机器人技术是集诸多学 科为一体的新型交叉研究领域，已经成为国际机器人领域的一个研究热点。下肢康复训练机 器人即采用机器人技术辅助行走功能障碍者进行康复训练，使患者恢复正常行走的功能。为 达到康复训练的目的，康复机器人的步态控制和姿态都需要能实时检测一些必要的运动及力 学参数，而足底力（即步行训练中患者对机器的作用力）是反映步态支撑和稳定情况最直接 的生物力学参数。 1 足底力传感器设计 传感器中最常用的是电阻式传感器。电测法的基本原理是用电阻应变片测定构件表面的 线应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法 是将电阻应变片粘贴在被测构件的表面，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的 变化，然后通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再换算成应变值或 者输出与此应变成正比的电压（或电流）的信号，由记录仪进行记录，就可得到所测定的应 变或应力。 通常，足底力可以采用 3 种测量方法：（1）测力平台；（2）测力鞋垫；（3）六维力/力矩 传感器。针对动力脚踏板式步态康复训练机器人，提出一种基于双变形梁的力传感器足底力 检测方法[1]。其中应变片 1～2、3～4、5～6、7～8，分别与数据采集板的对应的精敏电阻组 成半桥双臂惠斯登电桥(Wh