两足外骨骼机器人足底压力测量系统

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1、第23卷第3期传感技术学报Vo1．23No．3CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．20102010年3月MeasurementSystemforPlantarPressureofBipedExoskeletonRobotCAOtleng，MENGXianwei，LINGZhengyang，QmYingqi，HEChengkun(SchoolofMechanicalEngineering，EastChinaUnivemityofScienceandTechnology，Sha耐ai20023

2、7，China)Abstract：Toidentifythegaitofexoskeletonrobotinwalking，theinformationofplantarpressureshouldbeob—tainedwithhighprecisionandreliability．Aminiaturestructureofspokesensorwithhighsensitivityispresented，whichcanavoidbeinginfluencedbyoffsetload．Consideringtheextremel

3、yweaksensorsignal，Apre-amplificationcircuitbasedonchopper-stabilizedtechnologyisdesignedandproduced．Bytheconstantcurrentpowersupplying，sensor’Snonlinearerrorcausedbytemperatureismaximallyreduced．MeasurementsystemisbasedonPCcontrol-ler，anditallowsmulti—channeltobesampl

4、edsimuhaneouslywithhighprecision．Ithasbeenshownbyexperimen—tationthatthenoiseoffinalsignaloutputislessthan3mVP-P，andZeroDriftisalmostnonexistent．Thisdesigncanbeappliedtoinstrumentsignalconditioning．Keywords：exoskeletonrobot；plantarpressure；chopper—stabilized；pre—ampli

5、fication；simultaneoussamplingEEACC：7220；7320V两足外骨骼机器人足底压力测量系统曹恒，孟宪伟，凌正阳，秦颖颀，贺成坤(华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)摘要：为实现两足外骨骼机器人行走过程中的步态识别，需精确、可靠地获取其足底压力载荷的分布情况。研制一种高灵敏度具有强抗偏载能力的小型轮辐式足底压力传感器，并针对该传感器输出电压只有几十微伏的微弱信号特点设计制作了具有斩波自稳零功能的多路前置信号放大调理电路板。为减小温度等因素产生的非线性误差，设计了传感器恒电流源供电模块。系

6、统采用基于PC的控制器，多通道信号高精度同步采样，通过实际样机试验表明电路实现高增益放大的同时输出噪声峰峰值小于3mV，且长时间样机试验，信号几乎不存在零漂，具有较好的稳定性。系统结构合理，可靠性高，可适用于仪表信号的处理。关键词：外骨骼机器人；足底压力；斩波稳零；前置放大；同步采样中图分类号：TP211．5文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)03—0326—05目前世界上有十余家著名的实验室和科研结构从事外骨骼机器人的研究J。近年来，国内有关高校加快了对人体下肢外骨骼的研究，中国科大、海军航空工程学院、哈尔滨工

7、程大学等在外骨骼研究中都已经取得显著进展。在国家自然科学基金的资助下，华东理工大学智能传感测控研究室研制了如图1所示的下肢外骨骼机器人实验样机ELEBOT一2008。下肢外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人，设计的目的主要是扩展人类下肢的运动能力，减轻负重和行走时的体力消耗。本课题组研制的外骨骼机器人主要用于在户外恶劣路况条件下负重和长距离行走，对不同穿戴者有很强适应性，且穿脱方便。图1华东理工大学外骨骼实验样机ELEBOT项目来源：国家自然科学基金资助(50775072)收稿日期：2009—09—25修改日期：2009—11—3

8、0第3期曹恒，孟宪伟等：两足外骨骼机器人足底压力测量系统327为控制步态平衡，实现两条机械腿的运动与人形，形成与外力成正比的切应变，在贴片方向即轮辐腿运动的良好协调性，须将步态周期划分为多个步条侧面±45。的方向上分别受最大的拉／压力作用，态加以控