助行机器人系统设计.pdf

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1、120传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)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

2、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)08-0120-03DesignofawalkerrobotFANGFang，ZHOUWu—xiao，WEIWei(CollegeofElectricalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abs

3、tract：Anactivetypeofroboticmobilityaid73uWalkerispresented．ZJUWalkerisdesignedtofacilitatesafemobilizationforelderly．Itprovidesphysicalsupportandwalkingassistance．73uWalkerusestorquesensorsasamainlaserinterfacetosenseuser’swalkingintentandanaccelerometertomon

4、itortheuser’sgait．Asharedcontrolsystemisallocatedbetweentheuserandthewalker．Itintegratestheuser’Sintentandenvironmentjnformationdetectedbythesonarsensorsandinfraredsensorstocontvo1thewalker’Smotion．Issuesofsystemdescription，sensing，andcontrolapproachfireprese

5、nted．I1Ievalidityofthedesignisverifiedbytheexperimentalresults．Keywords：walkerrobot；sensingsystem；controlsystem0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

6、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、助步架系统，以及运动控制算法。等)功能比较单一，智能化程度低，安全性和舒适性都不1zJuWalker助行机器人系统介绍足，无法满足使用者独立生活的需求j。因此，将机器人如图1所示。zjuWalker是一种由行

7、走意图引导和动技术应用于传统的助行设备领域，设计更智能更舒适更安力驱动的助行机器人系统，其目的是为行走不便的老年人全的助行机器人系统有着必要性。提供身体支撑、行走辅助。它采用四轮结构，包括2个独立目前，国外助行机器人技术已取得了相当多的研究成驱动的后轮和2个万向前轮，这种移动机构采用后轮差速果：“VA-PAMAID_4J’系统其结构与传统的四轮助行器相控制的方法，转弯灵活，并且具有物理上的稳定性。助行器似，安装有激光和超声波传感器，该系统有3种工作模式：的左右把手上各安装了1只扭矩传感器作为主要的人机接手动模式、

8、自动模式、停车模式。“SmartWalkerPAMM¨5J’口，使用者通过推拉把手可以控制助行器的运动，此种操作系统具有全方位的转向装置，安装有视觉、超声波传感器，方式简单且符合传统操作习惯。助行器的前部安装有超声收稿日期：2010-01-20}基金项目：国家“863”计划资助项目(2006AA040202--03)第8期方芳，等：助行机器人系统设计12l波传感器和红外测