[發(fā)明專利]一種基于外骨骼機器人的漸進式康復(fù)訓(xùn)練方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810107828.5
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108309689B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱延河;房倩倩;鄭天驕;陳靚;郭雅靜;鄭繼貴
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A63B23/12;A63B23/04;A63B21/005;A63B21/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高志光

1.一種基于外骨骼機器人的漸進式康復(fù)訓(xùn)練方法，其特征在于：根據(jù)康復(fù)時期的不同分為康復(fù)初期位置控制模式訓(xùn)練和康復(fù)中后期力矩控制模式訓(xùn)練；

康復(fù)初期位置控制模式訓(xùn)練是基于軌跡牽引的被動訓(xùn)練，將患者單側(cè)或雙側(cè)肢體綁縛在外骨骼機器人上，完全在外骨骼機器人的牽引下進行被動康復(fù)初期訓(xùn)練；

康復(fù)中后期力矩控制模式訓(xùn)練是利用動力學(xué)模型，調(diào)整力矩系數(shù)，可連續(xù)獲得-1到+1之間任意力矩系數(shù)的力矩值，實現(xiàn)人機耦合運動，力矩控制模式訓(xùn)練在康復(fù)訓(xùn)練時期由全力矩逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘肓兀M而轉(zhuǎn)變?yōu)榱懔兀瑢颊哌M行助力訓(xùn)練；最后變?yōu)樽枇兀瑢颊哌M行主動訓(xùn)練；

位置控制模式具體為先設(shè)計上肢外骨骼機器人的末端運動軌跡；

首先把用SolidWorks軟件建立的外骨骼模型另存為Parasolid格式，然后導(dǎo)入到軟件Adams中；然后，定義外骨骼模型構(gòu)件的質(zhì)量、坐標(biāo)系和運動副信息；

然后，在模型末端處，定義事先設(shè)定好的運動軌跡，點擊仿真按鈕開始仿真；

最后點擊軟件后處理模塊，找到仿真后軟件生成的各個關(guān)節(jié)的角度曲線，即求得外骨骼機器人各個關(guān)節(jié)的角度；

所述質(zhì)量信息：通過定義外骨骼的材料類型定義其質(zhì)量信息；

所述坐標(biāo)系信息：按照運動學(xué)建模時所建立的坐標(biāo)系信息去定義外骨骼模型構(gòu)件在Adams軟件中的坐標(biāo)系信息；

所述運動副信息：按照運動學(xué)建模時所建立的運動副信息去定義外骨骼模型構(gòu)件在Adams軟件中的運動副信息；

進而獲得上肢外骨骼機器人的各個關(guān)節(jié)的角度，將角度信號發(fā)送給控制器，控制器控制驅(qū)動器，驅(qū)動器得到各關(guān)節(jié)電機位置信息，得到上肢外骨骼機器人各個關(guān)節(jié)在各自對應(yīng)電機的驅(qū)動下運動相應(yīng)角度，達到在上肢外骨骼機器人牽引下被動訓(xùn)練；

力矩控制模式訓(xùn)練具體為將檢測與計算得到的每個關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)角速度和關(guān)節(jié)角加速度輸入到人機系統(tǒng)的動力學(xué)模型以獲得上肢外骨骼機器人的一個驅(qū)動力矩值，其中，

式中，M(θ)為慣量矩陣，為哥氏力和離心力矩陣，G(θ)由重力場產(chǎn)生的靜平衡力矩，θ代表關(guān)節(jié)角度，代表關(guān)節(jié)角速度，代表關(guān)節(jié)角加速度；

然后，利用公式τ_d＝φ_τ·τ，獲得上肢外骨骼機器人輸出的比例補償力矩，從而帶動人機耦合運動，同時檢測與計算新狀態(tài)下的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)角速度和關(guān)節(jié)角加速度，作為下一狀態(tài)的輸入值，以此循環(huán)，其中τ為驅(qū)動力矩值，根據(jù)患者不同的康復(fù)時期選取不同的力矩系數(shù)值，全力矩時力矩系數(shù)φ_τ＝1，半力矩時力矩系數(shù)1＞φ_τ＞0，零力矩時力矩系數(shù)φ_τ＝0，阻力矩時力矩系數(shù)0＞φ_τ≥-1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于外骨骼機器人的漸進式康復(fù)訓(xùn)練方法，其特征在于：運動軌跡為圓形軌跡、直線型軌跡或弧形軌跡。