[發(fā)明專利]上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主被動自適應(yīng)控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110404114.9
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102551986A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋愛國;谷士鵬;李會軍;崔建偉;吳常鋮;柯欣;李曉鵬;馬妍
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00;A63B24/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的控制方法，屬于與康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人相關(guān)的信號采集與處理、電機(jī)控制、通信等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，我國和世界許多國家一樣，在逐步步入老齡化社會，在老齡人群中有大量的腦血管病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，這類患者多數(shù)有偏癱癥狀。同時，因交通事故而造成神經(jīng)損傷或者肢體損傷的人數(shù)也越來越多。這兩類患者除了早期的手術(shù)治療和必要的藥物治療外，科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練對于肢體損傷治療的后期運動功能恢復(fù)起到非常重要的作用。隨著這兩類病人數(shù)目的迅速增長，為節(jié)省治療時間，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人應(yīng)運而生，它的主要功能是幫助患者完成各種運動功能的恢復(fù)訓(xùn)練，如行走訓(xùn)練、手臂運動訓(xùn)練等。近些年來，雖然國內(nèi)不斷有康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人出現(xiàn)，但是這些康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人都需要人工設(shè)定康復(fù)訓(xùn)練模式為主動或者被動，而能夠根據(jù)病人的康復(fù)狀況能夠?qū)崟r地自動切換康復(fù)訓(xùn)練模式的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人卻沒有出現(xiàn)。

基于此，本文嚴(yán)格遵循上、下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計要求，設(shè)計了一種上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主被動自適應(yīng)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容??

本發(fā)明提出了一種無需任何外部人工干預(yù)的上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主被動自適應(yīng)控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

步驟1???由建立有參考訓(xùn)練模型的上位機(jī)發(fā)出康復(fù)訓(xùn)練命令，康復(fù)訓(xùn)練命令經(jīng)由USB通信模塊傳輸后，發(fā)送到電機(jī)控制模塊；

步驟2???電機(jī)控制微處理器模塊根據(jù)接收到的康復(fù)訓(xùn)練命令，控制上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人上的電機(jī)分級地運轉(zhuǎn)，并由電機(jī)帶動上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人運動；

步驟3???電機(jī)控制微處理器模塊利用內(nèi)設(shè)的AD轉(zhuǎn)換電路模塊采集上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人上電機(jī)的電源電壓值，并將該電壓值發(fā)出，經(jīng)由USB通信模塊傳輸后，發(fā)送回上位機(jī)；

步驟4???上位機(jī)接收電機(jī)電源電壓值，與參考訓(xùn)練模型對比后計算出偏差值，并根據(jù)偏差值對上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人進(jìn)行入選主被動自適應(yīng)控制：

如果偏差值為0-5，則進(jìn)行被動訓(xùn)練模式；如果偏差值為5-10，則進(jìn)行主動訓(xùn)練模式；如果偏差值大于10，則進(jìn)行積極主動訓(xùn)練模式，此時，上位機(jī)發(fā)出了新的康復(fù)訓(xùn)練命令，經(jīng)由?USB通信模塊傳輸后，發(fā)送到電機(jī)控制微處理器模塊；

步驟5???電機(jī)控制微處理器模塊接收新的康復(fù)訓(xùn)練命令，控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，并由電機(jī)帶動上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人運動，返回步驟2。

一種實現(xiàn)上述上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主被動自適應(yīng)控制方法的裝置，包括上位機(jī)、USB通信微處理器模塊、光電耦合器一、光電耦合器二、電機(jī)控制微處理器模塊、AD轉(zhuǎn)換電路模塊和上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人電機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

（1）目前，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人都需要醫(yī)師根據(jù)患者狀態(tài)人工設(shè)定康復(fù)訓(xùn)練模式為主動或者被動，一則占用大量人力資源，二則不能很好地實時適應(yīng)患者的康復(fù)訓(xùn)練狀態(tài)。而本發(fā)明通過這種主被動自適應(yīng)控制方法，可以在沒有醫(yī)師監(jiān)護(hù)的情況下根據(jù)患者運動狀態(tài)實時切換康復(fù)訓(xùn)練模式。該控制方法具有良好的人機(jī)交互功能，可靠性高。（2）不同于以往測量電機(jī)轉(zhuǎn)速來判斷患者的主被動運動狀態(tài)，上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主被動自適應(yīng)控制方法通過測量上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人上電機(jī)的電源電壓值，在上位機(jī)上來產(chǎn)生主被動自適應(yīng)控制所需要的控制偏差，并通過這種偏差來判斷患者的運動狀態(tài)，這種偏差產(chǎn)生方法具有很強(qiáng)的可靠性。（3）上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主被動自適應(yīng)控制方法的自適應(yīng)控制在上位機(jī)上完成，運算穩(wěn)定可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的工作流程圖。

圖2是本發(fā)明的原理框圖。

圖3是本發(fā)明的電機(jī)控制部分原理圖。

具體實施方式??

上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人可提供患者進(jìn)行主動訓(xùn)練和被動訓(xùn)練。主動訓(xùn)練是指患者利用自身的力量克服阻力旋轉(zhuǎn)曲柄進(jìn)行的訓(xùn)練；被動訓(xùn)練是指患者不借助自身的力量，隨著由電機(jī)帶動的曲柄進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的訓(xùn)練。上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人具有主被動自適應(yīng)的控制方法：在被動訓(xùn)練狀態(tài)，當(dāng)患者向運動方向施加主動力時即自動轉(zhuǎn)為主動訓(xùn)練；在主動訓(xùn)練狀態(tài)，當(dāng)患者停止施加主動力時即自動轉(zhuǎn)為被動訓(xùn)練。

上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人上的電機(jī)轉(zhuǎn)速由電機(jī)控制微處理器模塊里微處理器的PWM寄存器控制，32位PWM從0x08到0x1F均分為8個等級，通過向PWM寄存器寫入不同的數(shù)值，就可以控制電機(jī)運行在不同的轉(zhuǎn)速下。

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。