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一种基于多传感器的助行机器人人机接口及其避障控制方法，发明说明书，共24页，10720字。
摘要：本发明公开了一种基于多传感器的助行机器人人机接口及其避障控制方法；人机接口包括压力采集模块、障碍物探测模块和控制器；压力采集模块用于检测操作者手部的作用力；障碍物探测模块用于探测周边障碍物；控制器用于根据压力采集模块采集的数据以及障碍物探测模块探测的数据计算助行机器人的速度，并根据助行机器人的速度控制助行机器人实现助行和避障功能。障碍物探测模块由激光传感器和高速USB数据线组成，可以探测周边障碍物；控制器与压力采集模块和障碍物探测模块进行通信，对采集的数据进行分析计算得到合适的速度发送到外部通讯接口，并能对操作者的操作进行引导，保证控制安全。本发明控制准确，实时性高，可移植性强以及造价低廉。

权利要求书
1、一种基于多传感器的助行机器人人机接口，其特征在于，包括压力采集模块（1）、障碍物探测模块（2）和控制器（3）；
所述压力采集模块（1）用于检测操作者手部的作用力；
所述障碍物探测模块（2）用于探测周边障碍物；
所述控制器（3）与所述压力采集模块（1）和所述障碍物探测模块（2）连接，用于根据所述压力采集模块（1）采集的数据以及所述障碍物探测模块（2）探测的数据计算助行机器人的速度，并根据所述助行机器人的速度控制所述助行机器人实现助行和避障功能。
2、如权利要求1所述的助行机器人人机接口，其特征在于，所述压力采集模块（1）包括力传感装置（11）、信号调理模块（12）和数据采集模块（13）；
所述力传感装置（11）为二层套筒结构，且外层是内部被镂空成长方体的圆柱体，内层是方形柱体，圆柱体与方形柱体之间有缝隙，在内层方形柱体的四个侧面分别设置有1个FSR传感器填充所述缝隙； 用于采集操作者左右手作用力纵向和横向的分量；
所述信号调理模块（12）用于对所述力传感装置（11）采集的作用力进行调理后输出；
所述数据采集模块（13）用于对经过调理后的数据进行AD转换后获得电压值。
3、如权利要求1或2所述的助行机器人人机接口，其特征在于，所述障碍物探测模块（2）包括激光传感器（21）以及用于连接所述激光传感器（21）与所述控制器（3）的USB高速数据线；所述激光传感器（21）用于采集周边环境的障碍物信息，并通过所述USB数据线将采集的障碍物信息发送到控制器（3）。
4、如权利要求1-3任一项所述的助行机器人人机接口，其特征在于，所述控制器用于根据人工势场法将障碍物探测模块（2）采集的障碍物信息转换为斥力；计算斥力与操作者作用力的合力，并将合力转换为用于控制助行机器人实现助行的速度。
5、一种基于多传感器的助行机器人人机接口的避障控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）采集操作者手部的作用力信息，并检测障碍物与助行机器人之间的距离信息；
（2）根据所述作用力信息获得操作者在各个方向上的作用力；根据所述距离信息获得障碍物产生的斥力；
（3）根据所述斥力和操作者在各个方向上的作用力获得操作者的意图力，并根据开环导纳控制算法将操作者的意图力转换为速度，从而控制助行机器人安全避障。
6、如权利要求5所述的避障控制方法，其特征在于，根据人工势场法计算的障碍物产生的斥力为 ，式中式中K、 、n为常数，其中n一般取正整数；r为障碍物与助行机器人的距离， 为斥力的大小。
7、如权利要求5所述的避障控制方法，其特征在于，所述助行机器人的运动遵循以下原则：
（1）如果X轴方向合力不为0且左右手力方向一致，那么机器人沿X轴的合力方向运动；
（2）如果Y轴方向合力不为0，那么机器人沿Y轴的合力方向运动；
（3）如果X轴的左右手力方向相反，那么根据力臂计算力矩，机器人沿力矩方向作旋转运动；
其中，坐标原点为助行机器人中心点，X轴方向是助行机器人的相对正前方；Y轴方向是指助行机器人的相对左方。
8、一种基于多传感器的助行机器人人机接口的避障控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
当在紧急避障区内存在障碍物时，判断操作者的意图力 是否有X轴负方向的分量，若是，则助行机器人遵从操作者的意图后退避障，若否，则助行机器人将采取侧向平移的方式来规避紧急避障区的障碍物。
9、如权利要求8所述的避障控制方法，其特征在于，所述紧急避障区为矩形，矩形的长度为Length，宽度为Width，当激光传感器与激光传感器的一个探测点之间的距离L满足下式时， ；则认为障碍物在紧急避障区内，其中 为障碍物的某点与权利要求7中定义的X轴的夹角。
10、如权利要求8或9所述的避障控制方法，其特征在于，当障碍物在紧急避障区内时，通过统计X轴左侧和右侧满足矩形条件的点的个数，选择点数少的一侧进行平移。在平移过程中实时检测平移方向上是否有足够的避障空间，根据检测情况可改变平移方向或停止。