1．目的及意义

外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算为一体，为操作者提供一种可穿戴的机械结构的综合技术；一般来说，也可以将外骨骼机器人称为“可穿戴的机器人”。 外骨骼机器人技术在许多领域有着很好的应用前景：在军事领域，外骨骼机器人可以使士兵携带更多的武器装备，其本身的动力装置和运动系统能够增强士兵的行军能力，可以有效提高单兵作战能力；在民用领域，外骨骼机器人可以广泛应用于登山、旅游、消防、救灾等需要背负沉重的物资、装备而车辆又无法使用的情况；在医疗领域，外骨骼机器人可以用于辅助残疾人、老年人及下肢肌无力患者行走，也可以帮助他们进行强迫性康复运动等，具有很好的发展前景。外骨骼机器人的研制是个超级任务，要想制造一种可在需要的时候能够及时提供帮助且不会妨碍人类行动的自动机器人装置，替代它的手和足，承受压力和重力，并且与人体完成结合，不但要完成其愿望，还要预判佩戴者的意图，研究的难度可以说是非常非常的大。所以，外骨骼机器人技术的研究可以说是一个艰难而又长久的任务。

外骨骼技术研制始于十九世纪六十年代的美国最早的研究成果是美国通用公司研发的Hardiman外骨骼系统，其主要采用电机驱动控制，可以轻易举起重物，但是它只能代替人的一只手。麻省理工学院在1978年也开始从事外骨骼机器人项目的研究，研制出了“被动式外骨骼助力机器人”，这种助力机器人能够在负重36公斤的前提下还能够保持行走的速度为1m/s，它的关节自由度配置包括髋关节有3个自由度，膝关节1个自由度。相较于电机驱动，它采用弹簧储能和变阻尼器驱动关节。2004年，伯克利分校研制出了下肢外骨骼机器人BLEEX，这是DARPA项目的第一台带移动电源和能够负重的下肢外骨骼机器人。这种装置由背包式外架、金属腿及相应动力组成，它使用背包中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪作为液压泵的能量来源，以全面增强人体机能。洛克希德.马丁公司联合加州大学伯克利分校共同推出了一款军用下肢外骨骼机器人（HULC），更加符合人体运动特点；2013年，美国哈佛大学研制出了一款机械外骨骼（机器护甲），重量更轻而负重能力变强；2002年，日本筑波大学研发出一款穿戴性助力机器人（HAL），主要用于帮助年迈者和残疾人进行正常的运动；除此之外，还有很多相关的项目。

2004年，我国海军航空学院开展了关于外骨骼技术的研究，并于2006年首次推出了第一代外骨骼机器人，之后又接着推出了第二代，它们都是以电池作为能量来源，通过安置于足底的压力传感器收集步态信息，然后通过微处理器发出信息驱动电动机输出动力，从而实现穿戴者的负重行走。与此同时，中国科学院也在2004年开展外骨骼机器人的研究工作，不懈努力之后研制出了一种下肢外骨骼机器人，该装置在单条机械腿上配置了6个自由度，同样采用电池作为能源，并且配备了更多的传感器和编码器，通过这些感知系统获取人体的运动信息，最后采用电机驱动的方式。除此之外，哈尔滨工业大学开展了关于康复训练的外骨骼机器人的研究；上海大学和浙江大学也分别研制出了不同用途的下肢外骨骼机器人。这一系列的研究都在说明我国在外骨骼机器人技术上的进步。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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一、基本内容

1. 研究外骨骼机器人的运动位姿检测问题及国内外现状，掌握外骨骼机器人的工作原理；

2. 构建外骨骼机器人的运动位姿检测系统硬件框架；

3. 建立基于FPGA的机器人数据采集系统；

4. 在AD下绘制电路图，设计FPGA硬件逻辑；

5. 对所设计的系统进行仿真测试。

二、技术方案

基于FPGA的机器人数据采集系统主要包括硬件设计和软件设计部分，中心控制单元就是FPGA，同时设计相应的外围电路进行一些信号的传递和转换，最后还有人机交互电路和串行通信电路进行显示和按键控制。也就是说，这一个系统包括FPGA控制模块、信号调理电路模块、A/D转换电路、人机交互和串口通信模块。