在可穿戴机器人领域,人体与机器人之间的物理接口在机械设计、控制体系结构构建和驱动算法设计等方面引发了各种工程问题。
现在,你的眼睛在短时间内移动,然后快速停下来阅读这一行文字。你的肺在扩张和收缩,你的肌肉在微妙地抽搐——你在运动。人类的运动是如此持续和无处不在,如果我们考虑它,我们倾向于认为它很简单。但事实并非如此。设计一个能够复制人类最基本动作的机器人系统还只是一项新兴技术。
现代汽车中央高级研究所正在开发未来移动技术。随着我们社会的老龄化,对有助于流动性的系统的需求越来越大。这就是为什么该研究所开始开发具有NI嵌入式控制器的可穿戴外骨骼机器人。问题是开发一个系统,该系统需要处理复杂的控制算法,从传感器获取数据,同时执行多个执行器的实时控制。
该研究所团队的解决方案是使用带有CompactRIO嵌入式系统和实时控制器的LabVIEW里约热内卢平台。单板里约热内卢提供的FPGA控制架构从传感器和控制外围单元采集数据,进行实时分析,减少开发时间。
在可穿戴机器人领域,人体与机器人之间的物理接口导致了机械设计、控制架构构建和驱动算法设计等工程问题。电子设备的空间和重量都非常有限,因为可穿戴机器人就像一套衣服一样。此外,机器人的整体控制采样率必须足够快,不妨碍运动,并能适当地对外力作出反应。此外,关于可穿戴机器人的人类增强和控制算法的辅助,还有许多问题。因此,研究所重点研究了为我们的穿戴式机器人选择主控制器的以下要求:
- 高速处理从各种类型的传感器获得的数据
- 尺寸和重量
- 用于开发控制算法的实时数据可视化
- 连接其他智能设备,提供更方便的功能
实时控制和FPGA硬件环境提供了与各种机器人控制设备兼容的I/O。例如,在制造可穿戴机器人的过程中,由于传感器的更换或控制通信方式的改变,整体控制架构发生了数次剧烈的变化。然而,实时控制器和FPGA功能的机载组合让研究所的团队能够及时管理这些更改,这有助于缩短开发周期。
此外,采用紧凑的sbRIO-9651系统模块(SOM)设备,设计团队可以将机器人的重量减少到10公斤以下,同时通过低功耗的基础系统配置最大化电池效率。
随着用于更复杂任务的传感器和执行器数量的增加,控制算法的复杂性也呈指数级增长。因此,同时处理来自多个传感器的所有数据并向多个执行器发送指令成为机器人技术中最重要的挑战之一。LabVIEW支持并发可视化,对安装在机器人上的传感器进行直观的信号处理,并在实验阶段进一步设计控制算法。
关爱生命的外骨骼——这是一种组合机器人,它结合了臀部和膝盖的部分,为老年人或下半身活动有困难的人提供行走帮助。
当人们穿着这种机器人时,它可以通过从地面到脚掌之间的区域收集数据来识别意图和行走状态。通过无线ZigBee通信传输数据的技术已经到位。现在可以利用物联网技术进一步扩展这一技术。换句话说,你可以将无线获取的信息发送给机器人,让它协助步行者的动作。此外,收集相关数据可以帮助用户根据位置识别个人的一系列活动和状况,这些信息可以集成到机器人中,从而带来更全面的服务。如果患者佩戴该机器人进行康复治疗,医生可以在康复过程中监测患者和机器人的状况,并提供实时训练或调整,以提高治疗的效率和效果,这是实现数据信息化技术的一个很好的例子。
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