识别人体肢体运动意图的传感器的制作方法

本发明涉及一种人体运动意图识别传感器，适用于穿戴式机器人的人机交互、人机共融以及人机力控制。

背景技术：

随着科学技术的飞速发展，穿戴式助力机器人在制造业、以及穿戴式康复机器人在医疗领域已成为一大研究热点，机器人智能控制也成为该领域的关键技术之一，其中机器人能够准确识别穿戴者的运动意图，实现良好的人机跟随，使穿戴者可以与机器人有效融合为一体变得尤为重要。

专利公开号201510741056.9公开了一种用于采集人体运动信号的新型传感器，该传感器通过将运动捕捉模块、肌电信号模块、肌动信号模块结合采集人体运动信号，然后通过微控制器将采集的运动信号处理后输入至蓝牙模块，使其发送有效信号至主控机，其中运动捕捉模块主要由加速度计、陀螺仪和磁力计构成，改传感器能够用于采集人体的运动信号，但该传感器存在一定的缺陷：1）该传感器整体体积较大，不便安装在经凑的穿戴式机器人身上；2）该装置需要同时采集穿戴者的运动加速度、角速度以及肌肉信号进行融合后才能识别，对传感器的硬件要求较高，增加了传感器的复杂度；3）该传感器需要采集人体的肌电信号，此种方式易受外界因素的影响，且肌电信号的提取需要直接接触皮肤或者植入体力，从卫生安全方面考虑很大的限制了肌电提取的使用条件。

技术实现要素：

针对在该领域中现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种体积小，质量轻便，使用方便，准确度高以及外围电路简单的识别人体肢体运动意图的传感器，可为穿戴式的助力机器人和穿戴式康复机器人实现对穿戴者运动意图识别，保持机器人与穿戴者的运动跟随性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种识别人体肢体运动意图的传感器，包括固定圈、四向线性霍尔传感器、强磁带，四向线性霍尔传感器分别安装在固定圈的前、后、左、右四个位置，每个线性霍尔传感器连接电源线和一路输出信号线；强磁带佩戴在穿戴者待测关节处；装有四向线性霍尔传感器的固定圈置于穿戴者待测关节外，由四向线性霍尔传感器测量穿戴者对应关节佩戴的强磁带的磁场强度变化，来确定穿戴者待测关节相对于固定圈的位置，从而确定穿戴者的运动意图。

所述四向线性霍尔传感器输出0-3.6v模拟信号，并由单片机或ad采集卡采集和处理。

所述固定圈由两个半圆圈构成，两个半圆圈一端通过铰链连接，另一端通过卡锁锁定连接；所述固定圈的前、后、右三个方向上设有螺丝孔。

所述强磁带是由磁性材料制作的绑带，可直接固定在穿戴者的待测关节位置，使其与固定圈位置对应。

置于穿戴者待测各关节处各个所述识别人体肢体运动意图的传感器并联连接，用于识别穿戴者整个肢体各关节的运动意图。

本发明的有益效果是：

本发明提供的运动意图识别传感器，通过检测穿戴者运动关节相对于机器人对应关节的位置变化，从而达到确定穿戴者在该时刻关节的运动趋向即运动意图，通过对待检测肢体不同运动关节处安装本发明传感器，融合不同关键传感器数据即实现对穿戴者整个肢体运动的意图识别。

本发明具有结构简单，体积小，质量轻便，使用方便，准确度高等特点，可为穿戴式的助力机器人和穿戴式康复机器人实现对穿戴者运动意图识别，保持机器人与穿戴者的运动跟随性。本发明的人体运动意图传感器可应用与穿戴式助力机器人、穿戴式康复机器人等人工智能领域。本发明的人体运动意图传感器输出0-3.6v模拟信号，可直接被普通单片机或ad采集卡采集并处理，具有低噪声、准确线性输出等特性。

附图说明

图1是本发明的识别人体肢体运动意图的传感器的结构整体示意图；

图2是本发明的识别人体肢体运动意图的传感器一半结构示意图；

图3是本发明的识别人体肢体运动意图的传感器另一半结构示意图；

图4是本发明的识别人体肢体运动意图的传感器使用效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本发明的识别人体肢体运动意图的传感器，包括：铰链1、前向线性霍尔传感器2、右向线性霍尔传感器3、卡锁4、铆钉5、左向霍尔传感器6、后向霍尔传感器7、固定圈8、强磁带9、线路输出等。

前向线性霍尔传感器2、后向霍尔传感器7、左向霍尔传感器6、右向线性霍尔传感器3分别安装在固定圈8的前、后、左、右四个位置，每个线性霍尔传感器连接电源线和一路输出信号线；固定圈8用于固定在穿戴者或穿戴式机器人的运动关节处，如上肢的前臂和上臂、下肢的大腿和小腿关节位置，可分别用来测量上肢肩关节伸屈、肩关节内收外展、肘关节伸屈、大腿伸屈、大腿展收、小腿伸屈。固定圈8上有在前、后、右三个方向设有螺丝孔，方便固定在穿戴式机器人机械臂或机械腿上，同时固定圈8还设有铰链1和卡锁4，在固定圈8的铰链1和卡锁4的弧段可以通过铰链1旋转打开，方便穿戴者穿戴，而卡锁4用于闭合固定圈8时锁定，以防止固定圈8不可控打开。

四向线性霍尔传感器继集成于传感器固定圈的前、后、左、右四位置，用于实时采集穿戴者的肢体关节相对于传感器的固定圈的位置，霍尔传感器采用高精度进口线性霍尔传感器ss49e,可以根据周围磁场的强度变化等比改变输出的电压，ss49e的输入电压为5v,测量距离为1cm以内，输出电压强度为0-3.6v,该电压通过定标后即可测量出穿戴者肢体的强磁带与固定圈的实时距离，通过融合4向距离参数，即可确定穿戴者此刻被测关节相对于固定圈的位置，从而反应出穿戴者被测关节的运动意图。

所述强磁带是由磁性材料制作的绑带，可直接固定在穿戴者的待测关节位置，使其与固定圈位置对应，当穿戴者待测关节做出运动趋势时，由于强磁带对于固定圈四个方向的磁场发生线性变化，通过上述对线性霍尔传感器的描述，即可准确确定穿戴者此时的运动意图。

所述输出线路主要有6根线组成，包括5v电源线、地线、和四个方向的模拟信号线。四个方向的模拟型号线中模拟量的大小直接反应此时待测关节相对与固定圈的位置，即实时反应出待测关节的运动意图。并且四个方向的模拟量都在0-3.6v范围内，可直接由单片机或采集卡采集处理传化为数字量并进行标定，即可准确测量出穿戴者该关节的运动意图，并可应用的算法实现人机融合、人机跟随、力控制等，如为其做位置闭环控制，即通过将采集的被测关节的位置做闭环处理，即能实现机器人和穿戴者保持良好的人机跟随，而使人感觉不到机器的存在，不会对穿戴者产生额外的作用力。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种识别人体肢体运动意图的传感器，包括固定圈、四向线性霍尔传感器、强磁带，四向线性霍尔传感器分别安装在固定圈的前、后、左、右四个位置，每个线性霍尔传感器连接电源线和一路输出信号线；强磁带佩戴在穿戴者待测关节处；装有四向线性霍尔传感器的固定圈置于穿戴者待测关节外，由四向线性霍尔传感器测量穿戴者对应关节佩戴的强磁带的磁场强度变化，来确定穿戴者待测关节相对于固定圈的位置，从而确定穿戴者的运动意图。本发明具有结构简单，体积小，质量轻便，使用方便，准确度高等特点，可为穿戴式的助力机器人和穿戴式康复机器人实现对穿戴者运动意图识别，保持机器人与穿戴者的运动跟随性。

技术研发人员：喻洪流;王峰;李新伟;余灵;郑笒钰
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2018.07.09
技术公布日：2018.12.07