專利名稱：坐臥式下肢康復(fù)機器人及相應(yīng)的主動訓(xùn)練控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種坐臥式下肢康復(fù)機器人及相應(yīng)的主動訓(xùn)練控制方法。
背景技術(shù)：
脊髓損傷和中風(fēng)是導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)損傷并進而導(dǎo)致癱瘓的兩大主要原因，神經(jīng)系統(tǒng)損傷之后適當(dāng)?shù)目祻?fù)訓(xùn)練可以減輕或避免殘疾。根據(jù)神經(jīng)系統(tǒng)可塑性原理，目前臨床上常用的治療方法包括物理療法、作業(yè)療法、運動療法等，然而，國內(nèi)絕大多數(shù)康復(fù)醫(yī)院仍然借助于人工或簡單的被動康復(fù)醫(yī)療設(shè)備進行以上治療，不僅康復(fù)效率低下，而且治療師的勞動強度大，限制了患者的訓(xùn)練時間。利用康復(fù)機器人技術(shù)進行主動康復(fù)訓(xùn)練是康復(fù)領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢，盡管國內(nèi)很多研究機構(gòu)已相繼研究了各種類型的康復(fù)機器人，但大多數(shù)機器人仍然只能進行被動訓(xùn)練或簡單的主動訓(xùn)練。利用生物電信號對患者的運動意圖進行模式識別，并根據(jù)識別結(jié)果完成對機器人相應(yīng)動作的控制是康復(fù)機器人研究的一個熱點方向，然而這種方式只能對特定的幾種運動模式進行控制，不能實時激發(fā)患者的主動運動愿望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為脊髓損傷或中風(fēng)患者提供一種坐臥式下肢康復(fù)機器人，以及一種相應(yīng)的主動訓(xùn)練控制方法，以適應(yīng)不同的患者或不同的康復(fù)階段，從而提高患者的積極性，并改善其康復(fù)進程。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種坐臥式下肢康復(fù)機器人，其特征在于，該機器人包括座椅7、兩條機械臂3、人機交互界面I、主工控箱2、多個肌電信號采集電極片6、肌電信號采集工控箱8，其中，每條機械臂3有三個關(guān)節(jié)，分別對應(yīng)人體下肢的髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)；所述人機交互界面I用于供用戶輸入、選擇訓(xùn)練形式并設(shè)定相應(yīng)的運動參數(shù)、對康復(fù)訓(xùn)練進行智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理；所述主工控箱2用以控制機器人各關(guān)節(jié)的運動、采集機器人相關(guān)的傳感信息；所述肌電信號采集工控箱8安裝在靠近人體下肢的座椅7的下部，以方便其輸入部件，肌電信號采集電極片6，與人體肌肉進行連接，所述肌電信號采集工控箱8用以接收來自主工控箱2的肌電信號采集指令、對通過肌電信號采集電極片6實時采集得到的肌電信號進行處理，然后將經(jīng)過處理后的肌電信號傳送給主工控箱2 ;所述肌電信號采集電極片6粘貼在需要訓(xùn)練的肌肉的肌腹位置上，用來采集相應(yīng)肌肉的肌電信號；所述主工控箱2包括上位機PC104、通過數(shù)據(jù)總線與上位機PC104進行通信的左運動控制卡和右運動控制卡、與所述左運動控制卡通過相應(yīng)的接口連接的左髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、與所述右運動控制卡通過相應(yīng)的接口連接的右髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、與所述左髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左髖電機/編碼器、與所述左膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左膝電機/編碼器、與所述左踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左踝電機/編碼器、與所述右髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右髖電機/編碼器、與所述右膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右膝電機/編碼器、與所述右踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右踝電機/編碼器、通過USB接口總線與上位機PC104進行通信的數(shù)字信號輸入輸出DIDO數(shù)字信號采集卡和A/D轉(zhuǎn)換卡、與所述DIDO數(shù)字信號采集卡連接的光耦隔離電平轉(zhuǎn)換電路板、與所述光耦隔離電平轉(zhuǎn)換電路板連接的安裝在機器人內(nèi)部各關(guān)節(jié)位置的多個絕對位置編碼器、與所述A/D轉(zhuǎn)換卡連接的表面肌電光耦隔離卡、與所述表面肌電光耦隔離卡連接的多個肌電信號前置放大濾波器。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出了一種利用所述康復(fù)機器人輔助患者進行主動康復(fù)訓(xùn)練的控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟1，患者斜躺在康復(fù)機器人的座椅上，將患者的雙側(cè)下肢分別與康復(fù)機器人的兩條機械臂進行固定；
步驟2，用戶通過人機交互界面設(shè)定患者參與主動訓(xùn)練的關(guān)節(jié)、該關(guān)節(jié)的最大運動范圍Aqn^P最大運動速度I，并根據(jù)所選的關(guān)節(jié)選擇采集肌電信號的肌肉；步驟3，在所選擇的肌肉的肌腹位置上粘貼肌電信號采集電極片，采集靜態(tài)時所選擇的肌肉的肌電信號的絕對均值，記為As，采集最大肌肉收縮力情況下肌肉的肌電信號的絕對均值，記為Am ；步驟4，患者根據(jù)自身意愿控制采集肌電信號的關(guān)節(jié)進行伸屈運動；步驟5，在患者運動時，肌電信號采集電極片采集到的原始肌電信號經(jīng)肌電信號前置放大濾波器、表面肌電光耦隔離卡、A/D轉(zhuǎn)換卡依次進行放大濾波、光耦隔離和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，上位機通過USB接口讀取A/D轉(zhuǎn)換卡中轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號并進行相應(yīng)的信號處理，包括去除信號的直流基線噪聲和求取信號的絕對均值；步驟6，基于經(jīng)過所述步驟5處理后的肌電信號，根據(jù)彈簧式位置控制策略計算出患者各關(guān)節(jié)的期望角度，或根據(jù)阻尼式速度控制策略計算出患者各關(guān)節(jié)的期望運動速度；步驟7，將計算得到的所述期望角度信號或期望運動速度信號進行平滑濾波之后發(fā)送到相應(yīng)的運動控制卡，運動控制卡根據(jù)所述期望角度信號或期望運動速度信號產(chǎn)生特定頻率的脈沖和方向信號發(fā)送到相應(yīng)的關(guān)節(jié)驅(qū)動器，關(guān)節(jié)驅(qū)動器根據(jù)所述脈沖和方向信號計算出電機的期望位置或速度，并產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動電流至電機，使機器人關(guān)節(jié)運動到所述期望角度或按照期望的速度運動。本發(fā)明所涉及的坐臥式下肢康復(fù)機器人及相應(yīng)的助力訓(xùn)練控制方法，有機地結(jié)合了作業(yè)療法和運動療法的特點，具有表面肌電信號信號采集功能，解決了現(xiàn)有技術(shù)只能進行被動訓(xùn)練的缺點，能極大程度地提高患者主動參與的積極性，并改善其康復(fù)進程。


圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的坐臥式下肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明利用康復(fù)機器人對患者進行主動訓(xùn)練的控制方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的坐臥式下肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)圖，如圖I所示，本發(fā)明的坐臥式下肢康復(fù)機器人由機械本體和電氣控制系統(tǒng)兩部分組成，其中，機械本體包括座椅7和兩條機械臂3，每條機械臂3有三個自由度(關(guān)節(jié))，分別對應(yīng)人體下肢的髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)，所述機械臂的自由度也稱為機器人的關(guān)節(jié)或是機械臂的關(guān)節(jié)；電氣控制系統(tǒng)包括人機交互界面I、主工控箱2、多個肌 電信號采集電極片6、肌電信號采集工控箱8。所述人機交互界面I進一步為觸摸屏，用于供用戶輸入、選擇訓(xùn)練形式并設(shè)定相應(yīng)的運動參數(shù)以及對康復(fù)訓(xùn)練進行智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理；主工控箱2是機器人運動控制的核心，用以控制機器人各關(guān)節(jié)的運動、采集機器人相關(guān)的傳感信息，比如肌電信號等；肌電信號采集電極片6粘貼在患者需要訓(xùn)練的肌肉的肌腹位置上，用來采集相應(yīng)肌肉的肌電信號；肌電信號采集工控箱8安裝在靠近人體下肢的座椅7的下部，以方便其輸入部件肌電信號采集電極片6，與人體肌肉進行連接，其內(nèi)部包含16通道的肌電信號前置放大濾波器和隔離電路板、A/D轉(zhuǎn)換卡及驅(qū)動電源，所述肌電信號采集工控箱8—方面接收來自主工控箱2的肌電信號采集指令，另一方面對通過肌電信號采集電極片6實時采集得到的肌電信號進行信號放大、濾波、光耦隔離及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，然后將經(jīng)過上述處理后的肌電信號傳送給主工控箱2。所述主工控箱2包括上位機PC104、通過數(shù)據(jù)總線與上位機PC104進行通信的左運動控制卡和右運動控制卡(如圖2所示)、與所述左運動控制卡通過相應(yīng)的接口連接的左髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、與所述右運動控制卡通過相應(yīng)的接口連接的右髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、與所述左髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左髖電機/編碼器、與所述左膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左膝電機/編碼器、與所述左踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左踝電機/編碼器、與所述右髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右髖電機/編碼器、與所述右膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右膝電機/編碼器、與所述右踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右踝電機/編碼器、通過USB接口總線與上位機PC104進行通信的數(shù)字信號輸入輸出DIDO數(shù)字信號采集卡和A/D轉(zhuǎn)換卡、與所述DIDO數(shù)字信號采集卡連接的光耦隔離電平轉(zhuǎn)換電路板、與所述光耦隔離電平轉(zhuǎn)換電路板連接的安裝在機器人內(nèi)部各關(guān)節(jié)位置的多個絕對位置編碼器、與所述A/D轉(zhuǎn)換卡連接的表面肌電光耦隔離卡、與所述表面肌電光耦隔離卡連接的多個肌電信號前置放大濾波器，所述電機/編碼器包括安裝在一起的電機和編碼器，所述編碼器進一步為光電編碼器。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示，本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)以PC104為核心，并通過PC104數(shù)據(jù)總線分別與主工控箱2中的左、右運動控制卡進行通信，通過USB接口分別與主工控箱2中的DIDO數(shù)字信號采集卡和A/D轉(zhuǎn)換卡進行通信，通過VGA接口與人機交互界面I進行通信，通過相應(yīng)的接口分別與存儲設(shè)備、復(fù)位電路、鍵盤鼠標(biāo)連接，還可與以太網(wǎng)連接。所述髖、膝、踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器用于接收上位機PC104通過相應(yīng)運動控制卡發(fā)出的指令，并直接驅(qū)動相應(yīng)的電機/編碼器中的電機，而電機/編碼器中的編碼器產(chǎn)生的關(guān)于各關(guān)節(jié)電機的角度信息的光電編碼器信號依次反饋到相應(yīng)的關(guān)節(jié)驅(qū)動器和運動控制卡中，上位機可以從相應(yīng)的運動控制卡中讀取該光電編碼器信號。安裝在機器人本體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的多個絕對位置編碼器信號經(jīng)過光耦隔離電平轉(zhuǎn)換之后傳遞到DIDO數(shù)字信號采集卡，再由PC104進行讀取。肌電信號采集電極片6采集到的肌電信號首先經(jīng)過相應(yīng)的肌電信號前置放大濾波器進行放大濾波之后，輸入到表面肌電光耦隔離卡內(nèi)進行隔離，然后由A/D轉(zhuǎn)換卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由PC104進行讀取。利用本發(fā)明的機器人對患者進行主動康復(fù)訓(xùn)練時，患者斜躺在機器人座椅7上，將患者的雙側(cè)下肢分別與機器人的兩條機械臂3進行固定，然后通過下文描述的主動訓(xùn)練控制方法實現(xiàn)主動康復(fù)訓(xùn)練。圖3是本發(fā)明利用康復(fù)機器人對患者進行主動訓(xùn)練的控制方法流程圖，如圖3所示，本發(fā)明還可以利用上述康復(fù)機器人對患者進行基于肌電信號反饋的主動訓(xùn)練，在主動 訓(xùn)練過程中，機器人各關(guān)節(jié)可以在患者的主動控制下進行運動。本發(fā)明利用上述康復(fù)機器人對患者進行主動訓(xùn)練的控制方法包括以下幾個步驟步驟1，患者斜躺在康復(fù)機器人的座椅上，將患者的雙側(cè)下肢分別與康復(fù)機器人的兩條機械臂進行固定；步驟2，由用戶，比如臨床治療師，通過人機交互界面設(shè)定患者參與主動訓(xùn)練的關(guān)節(jié)、該關(guān)節(jié)的最大運動范圍Aqm和最大運動速度七，并根據(jù)所選的關(guān)節(jié)確定肌電信號的采集位置，即選擇采集肌電信號的肌肉，需要選擇一對肌肉來控制一個關(guān)節(jié)，以分別來控制關(guān)節(jié)的伸、屈運動；所述肌肉并不局限于生理狀態(tài)下控制該關(guān)節(jié)運動的肌肉，例如，對膝關(guān)節(jié)進行主動訓(xùn)練，可以選擇股四頭肌和股二頭肌采集肌電信號，也可以選擇控制上肢肘關(guān)節(jié)伸屈運動的肌肉如肱二頭肌和肱三頭肌采集肌電信號。步驟3，在所選擇的肌肉的肌腹位置上粘貼肌電信號采集電極片，采集靜態(tài)時所選擇的肌肉的肌電信號的絕對均值，記為As，采集最大肌肉收縮力情況下肌肉的肌電信號的絕對均值，記為Am ；步驟4，患者根據(jù)自身意愿控制采集肌電信號的關(guān)節(jié)進行伸屈運動；如果患者本身無法產(chǎn)生足夠的肌肉力量使該關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動，則要求患者盡力去做伸屈運動，使得控制該關(guān)節(jié)伸屈的肌肉產(chǎn)生收縮。步驟5，在患者運動時，肌電信號采集電極片采集到的原始肌電信號經(jīng)肌電信號前置放大濾波器、表面肌電光耦隔離卡、A/D轉(zhuǎn)換卡依次進行放大濾波、光耦隔離和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，上位機通過USB接口讀取A/D轉(zhuǎn)換卡中的轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號并進行相應(yīng)的信號處理，包括去除信號的直流基線噪聲和求取信號的絕對均值(以將肌電信號在負(fù)半平面的值全部轉(zhuǎn)化到正半平面)；步驟6，基于經(jīng)過所述步驟5處理后的肌電信號，根據(jù)彈簧式位置控制策略計算出患者各關(guān)節(jié)的期望角度，或根據(jù)阻尼式速度控制策略計算出患者各關(guān)節(jié)的期望運動速度；本發(fā)明的主動訓(xùn)練可以分為彈簧式位置控制和阻尼式速度控制兩種形式的主動訓(xùn)練。對于彈簧式位置控制的主動訓(xùn)練，機器人各關(guān)節(jié)被看成是剛度系數(shù)可調(diào)節(jié)的彈簧，患者可通過下肢關(guān)節(jié)的主動力矩控制機器人關(guān)節(jié)運動到相應(yīng)的位置，當(dāng)患者的主動力矩為O時，機器人關(guān)節(jié)自動回到初始平衡位置，該平衡位置設(shè)定為關(guān)節(jié)活動范圍內(nèi)，通常設(shè)定為關(guān)節(jié)活動范圍的中點，使得從平衡位置開始的伸屈運動具有同等的活動范圍。開始訓(xùn)練時，患者控制關(guān)節(jié)運動的肌肉先處于放松狀態(tài)，此時上位機PC104會通過DIDO數(shù)字信號采集卡讀取絕對位置編碼器的信息，以求取各關(guān)節(jié)的當(dāng)前位置，然后根據(jù)設(shè)定的平衡位置控制各關(guān)節(jié)運動到該位置。患者各關(guān)節(jié)的主動力矩大小由相應(yīng)肌肉肌電信號的相對強度確定，相對強度由該肌肉當(dāng)前肌電信號幅值與最大肌力下肌電信號幅值的比值確定。在該控制方法下，患者可以通過控制相應(yīng)肌肉的收縮強度實現(xiàn)對相應(yīng)關(guān)節(jié)的位置控制。在彈簧式位置控制策略中，輸入信號為控制患者某一關(guān)節(jié)運動的當(dāng)前肌電信號幅值，輸出為由患者的肌電信號強度確定的該關(guān)節(jié)運動的期望角度，其控制模型如下式所示
權(quán)利要求
1.一種坐臥式下肢康復(fù)機器人，其特征在于，該機器人包括座椅(7)、兩條機械臂(3)、人機交互界面(I)、主エ控箱(2)、多個肌電信號采集電極片￠)、肌電信號采集エ控箱(8)，其中， 每條機械臂(3)有三個關(guān)節(jié)，分別對應(yīng)人體下肢的髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)； 所述人機交互界面(I)用于供用戶輸入、選擇訓(xùn)練形式并設(shè)定相應(yīng)的運動參數(shù)、對康復(fù)訓(xùn)練進行智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理； 所述主エ控箱(2)用以控制機器人各關(guān)節(jié)的運動、采集機器人相關(guān)的傳感信息； 所述肌電信號采集エ控箱(8)安裝在靠近人體下肢的座椅(7)的下部，以方便其輸入部件，肌電信號采集電極片出)，與人體肌肉進行連接，所述肌電信號采集エ控箱(8)用以接收來自主エ控箱⑵的肌電信號采集指令、對通過肌電信號采集電極片(6)實時采集得到的肌電信號進行處理，然后將經(jīng)過處理后的肌電信號傳送給主エ控箱(2);所述肌電信號采集電極片(6)粘貼在需要訓(xùn)練的肌肉的肌腹位置上，用來采集相應(yīng)肌肉的肌電信號； 所述主エ控箱(2)包括上位機PC104、通過數(shù)據(jù)總線與上位機PC104進行通信的左運動控制卡和右運動控制卡、與所述左運動控制卡通過相應(yīng)的接ロ連接的左髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、與所述右運動控制卡通過相應(yīng)的接ロ連接的右髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器、與所述左髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左髖電機/編碼器、與所述左膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左膝電機/編碼器、與所述左踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的左踝電機/編碼器、與所述右髖關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右髖電機/編碼器、與所述右膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右膝電機/編碼器、與所述右踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器連接的右踝電機/編碼器、通過USB接ロ總線與上位機PC104進行通信的數(shù)字信號輸入輸出DIDO數(shù)字信號采集卡和A/D轉(zhuǎn)換卡、與所述DIDO數(shù)字信號采集卡連接的光耦隔離電平轉(zhuǎn)換電路板、與所述光耦隔離電平轉(zhuǎn)換電路板連接的安裝在機器人內(nèi)部各關(guān)節(jié)位置的多個絕對位置編碼器、與所述A/D轉(zhuǎn)換卡連接的表面肌電光耦隔離卡、與所述表面肌電光耦隔離卡連接的多個肌電信號前置放大濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人，其特征在于，所述人機交互界面(I)為觸摸屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人，其特征在于，所述肌電信號采集エ控箱(8)包含16通道的肌電信號前置放大濾波器和隔離電路板及驅(qū)動電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人，其特征在于，所述肌電信號采集エ控箱(8)對肌電信號進行的處理包括放大、濾波、光耦隔離及模數(shù)轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人，其特征在于，所述電機/編碼器包括安裝在一起的電機和編碼器；所述編碼器進ー步為光電編碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人，其特征在于，所述上位機通過PC104數(shù)據(jù)總線分別與主エ控箱(2)中的運動控制卡進行通信；通過USB接ロ分別與主エ控箱(2)中的DIDO數(shù)字信號采集卡和A/D轉(zhuǎn)換卡進行通信；通過VGA接ロ與人機交互界面(I)進行通信；通過相應(yīng)的接ロ分別與存儲設(shè)備、復(fù)位電路、鍵盤鼠標(biāo)連接，還能夠與以太網(wǎng)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人，其特征在于，所述髖、膝、踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器用于接收上位機PC104通過相應(yīng)運動控制卡發(fā)出的指令，并直接驅(qū)動相應(yīng)的電機/編碼器中的電機，而電機/編碼器中的編碼器產(chǎn)生的關(guān)于各關(guān)節(jié)電機的角度信息的光電編碼器信號依次反饋到相應(yīng)的關(guān)節(jié)驅(qū)動器和運動控制卡中，上位機可以從相應(yīng)的運動控制卡中讀取該光電編碼器信號；所述多個絕對位置編碼器信號經(jīng)過光耦隔離電平轉(zhuǎn)換之后傳遞到DIDO數(shù)字信號采集卡，再由上位機PC104進行讀取； 所述肌電信號采集電極片(6)采集到的肌電信號首先經(jīng)過相應(yīng)的肌電信號前置放大濾波器進行放大濾波之后，輸入到表面肌電光耦隔離卡內(nèi)進行隔離，然后由A/D轉(zhuǎn)換卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由上位機PC104進行讀取。
8.ー種利用權(quán)利要求I中所述的康復(fù)機器人輔助患者進行主動康復(fù)訓(xùn)練的控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟I，患者斜躺在康復(fù)機器人的座椅上，將患者的雙側(cè)下肢分別與康復(fù)機器人的兩條機械臂進行固定； 步驟2，用戶通過人機交互界面設(shè)定患者參與主動訓(xùn)練的關(guān)節(jié)、該關(guān)節(jié)的最大運動范圍Aqm和最大運動速度見,，井根據(jù)所選的關(guān)節(jié)選擇采集肌電信號的肌肉； 步驟3，在所選擇的肌肉的肌腹位置上粘貼肌電信號采集電極片，采集靜態(tài)時所選擇的肌肉的肌電信號的絕對均值，記為As，采集最大肌肉收縮カ情況下肌肉的肌電信號的絕對均值，記為Am ； 步驟4，患者根據(jù)自身意愿控制采集肌電信號的關(guān)節(jié)進行伸屈運動； 步驟5，在患者運動時，肌電信號采集電極片采集到的原始肌電信號經(jīng)肌電信號前置放大濾波器、表面肌電光耦隔離卡、A/D轉(zhuǎn)換卡依次進行放大濾波、光耦隔離和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，上位機通過USB接ロ讀取A/D轉(zhuǎn)換卡中轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號并進行相應(yīng)的信號處理，包括去除信號的直流基線噪聲和求取信號的絕對均值； 步驟6，基于經(jīng)過所述步驟5處理后的肌電信號，根據(jù)彈簧式位置控制策略計算出患者各關(guān)節(jié)的期望角度，或根據(jù)阻尼式速度控制策略計算出患者各關(guān)節(jié)的期望運動速度； 步驟7，將計算得到的所述期望角度信號或期望運動速度信號進行平滑濾波之后發(fā)送到相應(yīng)的運動控制卡，運動控制卡根據(jù)所述期望角度信號或期望運動速度信號產(chǎn)生特定頻率的脈沖和方向信號發(fā)送到相應(yīng)的關(guān)節(jié)驅(qū)動器，關(guān)節(jié)驅(qū)動器根據(jù)所述脈沖和方向信號計算出電機的期望位置或速度，并產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動電流至電機，使機器人關(guān)節(jié)運動到所述期望角度或按照期望的速度運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述彈簧式位置控制策略表示為
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述阻尼式速度控制策略表示為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種坐臥式下肢康復(fù)機器人及相應(yīng)的主動訓(xùn)練控制方法。所述機器人包括座椅、機械臂、主工控箱、人機交互界面、肌電信號采集電極片、肌電信號采集工控箱。在利用所述康復(fù)機器人輔助患者進行主動訓(xùn)練時，患者斜躺在座椅上，患者的雙側(cè)下肢分別與機械臂進行固定，采集患者相應(yīng)肌肉的肌電信號，根據(jù)不同的控制算法實現(xiàn)由患者控制機器人完成主動訓(xùn)練。本發(fā)明將傳統(tǒng)的作業(yè)療法、運動療法進行有機的結(jié)合，能夠有效地改善患者的康復(fù)效果，增強患者主動參與的愿望。
文檔編號A63B24/00GK102698411SQ201210226579
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者侯增廣, 張峰, 張新超, 李鵬峰, 王衛(wèi)群, 王洪波, 程龍, 胡國清, 胡進, 譚民, 陳翼雄 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所