[發(fā)明專利]一種移乘護(hù)理機(jī)器人的行為安全控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710307623.7
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107088128B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉今越;路浩;李路;王寧;劉秀麗;王旭之;顧立振
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61G7/14
• 分類號: A61G7/14
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟(jì)群;付長杰

本發(fā)明涉及一種移乘護(hù)理機(jī)器人的行為安全控制方法，所述移乘護(hù)理機(jī)器人采用前抱式的方式進(jìn)行移乘，該方法通過對機(jī)器人移乘動作的過程研究，分析在每個動作周期內(nèi)對機(jī)器人和人體的姿態(tài)運(yùn)動參數(shù)，獲得移乘護(hù)理機(jī)器人的姿態(tài)與人體姿態(tài)的函數(shù)關(guān)系，即人體重心的變化情況，進(jìn)而得到機(jī)器人姿態(tài)與人體重力分配的解算模型，以此解算模型為參考標(biāo)準(zhǔn)，在移乘護(hù)理類機(jī)器人實際動作過程中，結(jié)合人體腦電波信號和握力手柄力信號，實時監(jiān)測支撐部位的壓力值，當(dāng)檢測到不合理姿態(tài)時，通過比較實際值和解算模型理論值的誤差，及時調(diào)整機(jī)器人動作姿態(tài)，達(dá)到安全舒適的護(hù)理動作效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于護(hù)理機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移乘護(hù)理機(jī)器人的行為安全控制方法。

背景技術(shù)

隨著社會的不斷發(fā)展，人口老齡化程度加快。照顧老年人的生活起居成為了當(dāng)今社會每個家庭的難題，尤其是對于肢體患病的老年人。移乘護(hù)理機(jī)器人的出現(xiàn)將極大緩解老年人護(hù)理的工作壓力。移乘護(hù)理機(jī)器人即通過機(jī)器人來協(xié)助行動不便的老年人進(jìn)行日常活動。通過機(jī)器人自身的腳踏板、胸靠、腋下扶手的支撐，幫助老年人從床上換乘到輪椅或者其他指定目標(biāo)位置。

目前，人體康復(fù)護(hù)理方向的研究大都是關(guān)于上肢和下肢的康復(fù)訓(xùn)練控制方法，主要是主-被動結(jié)合的患肢康復(fù)訓(xùn)練策略。在移乘護(hù)理方向，日本理化研究所研究的RIBA機(jī)器人(參見圖1)(Mukai T,Hirano S,Yoshida M,et al.Tactile-based motion adjustmentfor the nursing-care assistant robot RIBA[C]//IEEE International Conferenceon Robotics and Automation.IEEE Xplore,2011:5435-5441.)通過胳臂上的發(fā)動機(jī)來完成抱人的工作，后來開發(fā)的改進(jìn)版本在胳膊上增加了柔性皮膚傳感器，及時對人體的接觸力的大小進(jìn)行感知，進(jìn)而調(diào)整姿態(tài)位置，更加安全的完成抱人過程。該機(jī)器人主要是通過觸覺指導(dǎo)的控制策略，需要除機(jī)器人和受護(hù)理人外的第三輔助者對機(jī)器人進(jìn)行觸覺干預(yù)，假設(shè)當(dāng)雙臂距離不合適或角度不合理時，輔助者用手對機(jī)器人雙臂施加一個合理方向的力，機(jī)器人手臂會跟隨施加力方向動作，進(jìn)行雙臂的抱緊或放松，預(yù)先實驗分析得到機(jī)器人抱人的基本軌跡(包括參數(shù)：雙臂的距離和關(guān)節(jié)角度)，然后通過機(jī)器人與人體接觸部分的面式柔性觸覺傳感器，實時采集接觸力，通過接觸位置和力信息來修正軌跡誤差，通過反饋控制器來控制雙臂的距離和關(guān)節(jié)角度。不足之處在于需要除機(jī)器人外另一名輔助人員對機(jī)器人進(jìn)行輔助操作，不能完全實現(xiàn)機(jī)器人的自主化。移乘護(hù)理機(jī)器人尚屬于新興機(jī)器人，相關(guān)技術(shù)方面還不成熟，提到過移乘護(hù)理機(jī)器人方面的安全控制策略研究甚少。這類機(jī)器人主要的問題是在整個移乘護(hù)理過程中，如何保證人體的安全，不會對老年人的生命造成難以估量的危險。

中國專利ZL201080005421.3公開一種移乘輔助設(shè)備，該設(shè)備適用于前抱式移乘護(hù)理機(jī)器人，通過控制單元預(yù)先設(shè)置的軌跡進(jìn)行動作，不安緩解控制單元實時采集人體的心率變化，當(dāng)人體心率值高于正常閾值時，將不安程度信號傳給驅(qū)動電路，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速控制機(jī)器的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角，通過整個閉環(huán)控制來保證人體的安全舒適。不足之處在于：單純依靠心率變化為控制標(biāo)準(zhǔn)，難以區(qū)別心率變化是否完全是由于機(jī)器的不正確動作造成的，還是有其他外界干擾因素造成的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有移乘護(hù)理機(jī)器人在安全控制方面存在的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種移乘護(hù)理機(jī)器人的行為安全控制方法。該方法以達(dá)到提高護(hù)理機(jī)器人行為安全為目的，使護(hù)理機(jī)器人在整個動作過程中保證被護(hù)理者的安全舒適性，減少被護(hù)理者的不適感。本發(fā)明方法通過對人體(暫考慮為多剛體模型)與機(jī)器人移乘過程進(jìn)行研究，分析在每個動作周期內(nèi)對機(jī)器人姿態(tài)和人體姿態(tài)的運(yùn)動參數(shù)，獲得移乘護(hù)理機(jī)器人的姿態(tài)與人體關(guān)節(jié)角的函數(shù)關(guān)系，即人體重心的變化情況，進(jìn)而得到機(jī)器人姿態(tài)與人體重力分配的解算模型，以此解算模型為參考標(biāo)準(zhǔn)，在移乘護(hù)理類機(jī)器人實際動作過程中，結(jié)合人體腦電波信號和握力手柄力信號，實時監(jiān)測支撐部位的壓力值，當(dāng)檢測到不合理姿態(tài)時，通過比較實際值和解算模型理論值的誤差，及時調(diào)整機(jī)器人動作姿態(tài)，達(dá)到安全舒適的護(hù)理動作效果。