[發明專利]一種基于外骨骼機器人的漸進式康復訓練方法

有效

• 申請號: 201810107828.5
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108309689B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 朱延河;房倩倩;鄭天驕;陳靚;郭雅靜;鄭繼貴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 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事務所 23109
• 代理人: 高志光

一種基于外骨骼機器人的漸進式康復訓練方法，它涉及一種康復訓練方法，為解決現有訓練方式無法滿足肢體功能障礙患者不同時期的不同康復需求的問題，根據康復時期的不同分為康復初期位置控制模式訓練和康復中后期力矩控制模式訓練，康復初期位置控制模式訓練是基于軌跡牽引的被動訓練，將患者單側或雙側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初期訓練；康復中后期力矩控制模式訓練是利用動力學模型，調整力矩系數，可獲得一定力矩系數的力矩值，力矩控制模式訓練在康復訓練時期由全力矩逐漸轉變為半力矩，進而轉變為零力矩，對患者進行助力訓練；最后變為阻力矩，對患者進行主動訓練。本發明用于患者康復訓練。

技術領域

本發明涉及一種康復訓練方法，具體涉及一種基于外骨骼機器人的漸進式康復訓練方法。屬于康復醫療器械技術領域。

背景技術

脊髓損傷和中風可以導致神經系統損傷，致使患者肢體出現不同程度的運動障礙，嚴重時可以導致全身癱瘓，根據神經可塑性的原理，在神經損傷之后通過對肢體的特定功能進行適當的康復訓練，可以使神經組織得到不同程度的恢復，進而減輕或者避免殘疾。外傷手術或矯形手術等長期臥床患者也伴有肢體障礙，肢體康復訓練是肢體障礙的重要康復手段。對于這些患者，越早地進行康復訓練和功能恢復效果越好，后遺癥也會越輕。然而目前國內大多數肢體功能障礙患者只能通過人工或者康復器械進行簡單的被動康復訓練進行治療，不僅醫師任務重、自動化水平低、康復效率低，而且訓練模式單一，不能滿足患者不同康復時期的不同康復需求，耗費了較多的人力與物力，同時還限制了患者的訓練時間。

發明內容

本發明是為解決現有訓練方式無法滿足肢體功能障礙患者不同時期的不同康復需求的問題，而提出一種基于外骨骼機器人的漸進式康復訓練方法。

本發明的技術方案是：一種基于外骨骼機器人的漸進式康復訓練方法，根據康復時期的不同分為康復初期位置控制模式訓練和康復中后期力矩控制模式訓練，

康復初期位置控制模式訓練是基于軌跡牽引的被動訓練，將患者單側或雙側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初期訓練；

康復中后期力矩控制模式訓練是利用動力學模型，調整力矩系數，可連續獲得-1到+1之間任意力矩系數的力矩值，實現人機耦合運動，力矩控制模式訓練在康復訓練時期由全力矩逐漸轉變為半力矩，進而轉變為零力矩，對患者進行助力訓練；最后變為阻力矩，對患者進行主動訓練。

進一步地，位置控制模式具體為先設計外骨骼機器人的末端的運動軌跡，然后把獲得的運動軌跡作為輸入給外骨骼機器人運動學模型，進而獲得外骨骼機器人的各個關節的角度，將角度信號發送給控制器，控制器控制驅動器，驅動器得到各關節電機位置信息，得到上肢外骨骼機器人各個關節在各自對應電機的驅動下運動相應角度，達到在外骨骼機器人牽引下被動訓練。

或進一步地，位置控制模式訓練具體為利用Adams軟件仿真獲得外骨骼機器人的各個關節的角度，最后把獲得的關節角度輸入給外骨骼機器人，達到外骨骼機器人牽引人體運動訓練。

更進一步地，力矩控制模式訓練具體為將檢測與計算得到的每個關節的關節角度、關節角速度和關節角加速度輸入到人機系統的動力學模型以獲得外骨骼機器人的一個驅動力矩值，其中，θ為關節角度，為關節角速度，為關節角加速度；

然后，利用公式τ_d＝φ_τ·τ，獲得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下的關節角度、關節角速度和關節角加速度，作為下一狀態的輸入值，以此循環，其中τ為驅動力矩值，根據患者不同的康復時期選取不同的力矩系數值，全力矩時力矩系數φ_τ＝1，半力矩時力矩系數1＞φ_τ＞0，零力矩時力矩系數φ_τ＝0，阻力矩時力矩系數0＞φ_τ≥-1。