交互式上肢康復機器人及控制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及上肢康復領域，具體設及一種交互式上肢康復機器人及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當今社會，腦卒中是嚴重威脅人們身體健康的疾病，發(fā)病率呈逐年上升的趨勢。上 肢運動功能損傷是腦卒中常見的后遺癥，運動功能損傷極大地影響了患者日常生活的能 力?？茖W研究表明，神經(jīng)損傷后具有一定的可塑性。在患病初期及后期輔化合適的康復訓 練，可W使患者患側(cè)的運動功能得到一定的恢復，其中運動再學習方法是常用的一種康復 訓練手段。
[0003] 傳統(tǒng)的康復訓練方式采用一對一的訓練模式，即一個康復醫(yī)師對一個患者，運種 方式康復醫(yī)師工作量大，并且對于患者的康復訓練狀態(tài)無法實時監(jiān)控。因此，具有高強度， 高精確度W及自動化測量功能的康復機器人吸引了康復研究人員的注意。
[0004] 目前已應用的針對腦卒中偏擁患者的上肢康復機器人多具有兩種康復訓練模式： 康復訓練初期的完全被動模式W及康復訓練后期的主動訓練模式。完全被動模式是指患者 康復訓練初期，能力尚差，患者的康復訓練運動完全由機器人帶動完成；主動訓練模式是指 患者在康復訓練后期具有了主動控制能力，完全由患者患肢力量完成康復訓練過程。
[0005] 在針對不同患者的康復訓練過程中，由于各個患者的功能損傷情況不同，而已應 用的上肢康復機器人設備不具有與患者之間的信息交互，導致機器人對于患者康復訓練狀 態(tài)無法適應，容易因康復訓練不當，而造成二次傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。
[0007] 為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種交互式上肢康復機器人。
[000引本發(fā)明的第二個目的在于提出一種交互式上肢康復機器人的控制方法。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的實施例公開了一種交互式上肢康復機器 人，包括：擺臂機構(gòu)，所述擺臂結(jié)構(gòu)包括第一擺臂和第二擺臂，所述第一擺臂的一端與固定 桌面轉(zhuǎn)動連接，另一端和所述第二擺臂一端轉(zhuǎn)動連接；把手，所述把手設置在所述第二擺臂 的另外一端；力傳感器，所述力傳感器與所述把手相連，所述力傳感器用于采集所述把手處 相互垂直的第一分力和第二分力；位置傳感器、用于采集所述第一擺臂和所述第二擺臂的 轉(zhuǎn)角位置；調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于對患者患肢提供助力或阻力；W及控制器，所述控制器分別與所 述力傳感器、所述位置傳感器和所述調(diào)節(jié)機構(gòu)連接。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明實施例的交互式上肢康復機器人，通過對機器人與患者之間作用力的 感知，調(diào)整機器人提供的力矩，適應患者患肢的康復訓練狀態(tài)，提高康復機器人的適應能 力，使得機器人具有了柔性，可W有效避免二次傷害，提高了康復機器人的使用安全性。
[0011] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的交互式上肢康復機器人，還可W具有如下附加的 技術(shù)特征：
[0012] 進一步地，所述第一擺臂一端與所述固定桌面通過第一轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動連接，所述調(diào) 節(jié)機構(gòu)包括第一伺服電機，所述第一伺服電機與所述第一轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動連接用于對所述第一 擺臂的擺動方向上提供動力。
[0013] 進一步地，所述第二擺臂通過第二轉(zhuǎn)動軸與所述第一擺臂另一端連接，所述調(diào)節(jié) 結(jié)構(gòu)包括第二伺服電機，所述第二伺服電機與所述第二轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動連接用于對所述第二擺 臂的擺動方向上提供動力。
[0014] 進一步地，所述第二擺臂上、靠近所述把手處設置有支撐部件。
[0015] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二方面的實施例公開了一種交互式上肢康復機器 人的控制方法，包括權(quán)利要求上述的上肢康復機器人，所述方法包括W下步驟：設定所述擺 臂機構(gòu)末端的運動軌跡；通過位置傳感器采集所述擺臂機構(gòu)的當前位置；判斷所述擺臂機 構(gòu)的當前位置和設定的所述擺臂機構(gòu)的運動軌跡的相應位置的偏離是否超過預設范圍；W 及如果所述擺臂機構(gòu)的當前位置和設定的所述擺臂機構(gòu)的運動軌跡的相應位置的偏離超 過預設范圍，對所述第一擺臂和/或所述第二擺臂提供動力。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明實施例的交互式上肢康復機器人的控制方法，通過對機器人與患者之 間作用力的感知，調(diào)整機器人提供的力矩，適應患者患肢的康復訓練狀態(tài)，提高康復機器人 的適應能力，使得機器人具有了柔性，可W有效避免二次傷害，提高了康復機器人的使用安 全性。
[0017] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的交互式上肢康復機器人的控制方法，還可W具有 如下附加的技術(shù)特征：
[0018] 進一步地，對所述第一擺臂和/或所述第二擺臂提供動力進一步包括：通過所述 把手與所述力傳感器連續(xù)采集所述把手處的所述第一分力和所述第二分力；根據(jù)所述設定 所述擺臂機構(gòu)的運動軌跡、所述擺臂機構(gòu)的當前位置W及兩者之間的偏差得到標準第一分 力和標準第二分力；W及根據(jù)所述標準第一分力、所述標準第二分力、所述力傳感器測得的 所述第一分力與所述第二分力、所述第一擺臂的力矩參數(shù)和所述第二擺臂的力矩參數(shù)得到 所述第一伺服電機與所述第二伺服電機的動力力矩，其中，所述第一擺臂的力矩參數(shù)包括： 所述第一擺臂的長度，所述第一擺臂的質(zhì)量，所述第二擺臂的力矩參數(shù)包括：所述第二擺臂 的長度、所述第二擺臂的質(zhì)量。
[0019] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0020] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0021] 圖1是本發(fā)明一個實施例的交互式上肢康復機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明一個實施例的交互式上肢康復機器人的控制方法的流程圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明一個實施例的交互式上肢康復機器人的控制方法的系統(tǒng)控制流程 圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明一個實施例的交互式上肢康復機器人的受力分析圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中屯、V縱向V橫向V上V嚇V前"、 "后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關系為基于 附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所 指的裝置或元件必須具有特定的方位、W特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā) 明的限制。此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要 性。
[0027] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、'哺 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或一體地連接；可 W是機械連接，也可W是電連接；可W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連，可W是 兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可W具體情況理解上述術(shù)語在本 發(fā)明中的具體含義。
[0028] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的運些和其他方面。在運些描述 和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的 實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0029]W下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的交互式上肢康復機器人。
[0030] 圖1是本發(fā)明一個實施例的交互式上肢康復機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 請參考圖1，一種交互式上肢康復機器人，包括：
[0032] 擺臂機構(gòu)，擺臂結(jié)構(gòu)包括第一擺臂2和第二擺臂4,第一擺臂2 -端和固定桌面轉(zhuǎn) 動連接，另一端和第二擺臂4轉(zhuǎn)動連接。第一擺臂2與固定桌面通過第一轉(zhuǎn)動軸1連接，第 二擺臂4通過第二轉(zhuǎn)動軸3與第一擺臂2連接。第一擺臂2可繞第一轉(zhuǎn)動軸1水平擺動， 第二擺臂4可繞第二轉(zhuǎn)動軸3水平擺動。本實施例設置的第一擺臂2和第二擺臂4能夠使 交互式上肢康復機器人相比僅設置一個擺臂具有更多的運動軌跡，W滿足對病人上肢康復 運動的多種需求。需要注意的是，本領域人員根據(jù)需要可W設置多個擺臂，且多個擺臂之間 可W不僅僅如圖中所述的水平擺動，也可W進行豎直方向上的擺動。
[0033] 把手51，設置在第二擺臂4的端部。
[0034] 力傳感器53,與把手51相連，用于采集把手處相互垂直的第一分力和第二分力。 第一分力和第二分力用（Fx，F(xiàn)y)表示。
[0035] 在本發(fā)明的一個實施例中，在把手51處設置有支撐機構(gòu)52W使患者手握把手51 時更舒適，同時限制患者患肢的小臂運動，使握持更穩(wěn)定。
[0036] 位置傳感器、用于采集第一擺臂2和第二擺臂4的位置。
[0037] 調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)