[發(fā)明專利]一種基于多信息融合的康復(fù)機(jī)器人多模態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810109937.0
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108392795B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王嵐;林凌杰;張立勛;王中禹
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: A63B24/00
• 分類號: A63B24/00;A63B21/00;A61H1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于多信息融合的康復(fù)機(jī)器人多模態(tài)控制方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一：根據(jù)初始訓(xùn)練參數(shù)，利用智能協(xié)同控制策略，通過求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)或者逆動(dòng)力學(xué)的方式，得到康復(fù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的給定信號；

步驟二：將各個(gè)關(guān)節(jié)的給定信號作用于各個(gè)關(guān)節(jié)的初始控制器上，驅(qū)動(dòng)康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)或者產(chǎn)生阻力，從而對患者進(jìn)行相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練；

步驟三：當(dāng)患者的肢體開始運(yùn)動(dòng)之后，采集患者的生物電信號，包括：表面肌電信號、腦電信號、心電信號，同時(shí)通過人機(jī)接口，獲取患者的人機(jī)接觸覺信號；

步驟四：采集康復(fù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置、速度、力/力矩信息作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息反饋；

步驟五：根據(jù)康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息，通過求解運(yùn)動(dòng)學(xué)或者動(dòng)力學(xué)的方式，得到患者的運(yùn)動(dòng)信息；

步驟六：根據(jù)患者的運(yùn)動(dòng)信息，得到患者的康復(fù)訓(xùn)練狀態(tài)反饋，同時(shí)綜合步驟三得到的生物電信號，識別患者的主被動(dòng)意圖，并對患者是否產(chǎn)生肌肉痙攣進(jìn)行判斷，同時(shí)調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)；

識別患者的主被動(dòng)意圖，采用主被動(dòng)意圖識別算法，通過肌電信號判斷的患者意圖和通過運(yùn)動(dòng)信息判斷的患者意圖的結(jié)果均認(rèn)為患者有主被動(dòng)切換的意圖時(shí)，才認(rèn)為患者將要進(jìn)行主被動(dòng)切換，對患者的康復(fù)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)和調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)時(shí)，利用控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)節(jié)活動(dòng)度檢測，以此作為患者康復(fù)水平的依據(jù)，在進(jìn)行關(guān)節(jié)活動(dòng)度檢測時(shí)，在阻力為零的條件下進(jìn)行，

通過運(yùn)動(dòng)信息判斷患者意圖是使用時(shí)相法實(shí)現(xiàn)的：

將一個(gè)設(shè)定的周期內(nèi)，伺服電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間比例設(shè)為驅(qū)動(dòng)比B_T，將控制器偏差為負(fù)的時(shí)間比例設(shè)為誤差比B_e，則系統(tǒng)從被動(dòng)到主動(dòng)的切換因子B_s的表達(dá)式如下：

B_s＝k_s(B_e+B_T)

式中，k_s為切換因子的敏感系數(shù)，對于不同程度的患者可以通過修改其大小來改變切換的難度，

通過實(shí)驗(yàn)或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來獲得較為合適的切換閾值，比較切換因子和切換閾值的大小，當(dāng)在被動(dòng)模式下，切換因子達(dá)到切換閾值時(shí)，認(rèn)為患者有進(jìn)入主動(dòng)模式的意圖，啟動(dòng)主被動(dòng)切換， 當(dāng)切換至主動(dòng)模式后，如果切換因子低于切換閾值時(shí)，認(rèn)為患者有進(jìn)入被動(dòng)模式的意圖，模式切換至被動(dòng)；

步驟七：根據(jù)患者的主被動(dòng)意圖和步驟三得到的人機(jī)接觸覺信號，通過信息融合算法，對控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到柔順控制和自動(dòng)切換訓(xùn)練模式的目的；根據(jù)患者是否產(chǎn)生痙攣，調(diào)整控制器進(jìn)入痙攣緩解模式；

控制器參數(shù)包括控制器的k_p、k_a、k_b三個(gè)參數(shù)，主被動(dòng)控制器的輸出u是由速度控制器輸出u_p、電流控制器輸出u_b和切換補(bǔ)償u_a三部分相加得到，u可以表示為：

u＝k_pu_p+k_au_a+k_bu_b

其中，k_p、k_a、k_b分別為對應(yīng)輸出的系數(shù)，增加第三部分是為了消除控制器切換時(shí)控制電壓的跳變，使切換過程較為平穩(wěn)；

步驟八：根據(jù)步驟六得到的經(jīng)過調(diào)整過的康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)和步驟七得到的調(diào)整的控制器參數(shù)，驅(qū)動(dòng)康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)或者產(chǎn)生一定的阻力，對患者進(jìn)行相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練或者對患者痙攣進(jìn)行緩解；返回步驟三，進(jìn)行循環(huán)訓(xùn)練。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多信息融合的康復(fù)機(jī)器人多模態(tài)控制方法，其特征在于：步驟四中獲取患者的人機(jī)接觸覺信號是指：分別采集患者的上、下肢接觸力作為人機(jī)接觸覺信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多信息融合的康復(fù)機(jī)器人多模態(tài)控制方法，其特征在于：步驟六中：對患者的康復(fù)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)和調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)時(shí)，利用控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)節(jié)活動(dòng)度檢測，以此作為患者康復(fù)水平的依據(jù)；在進(jìn)行關(guān)節(jié)活動(dòng)度檢測時(shí)，為判斷準(zhǔn)確，應(yīng)在阻力為零的條件下進(jìn)行。