[發(fā)明專利]一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810898499.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108888479A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 逯鵬;朱西昆;韓昕哲;陳海洋;羅談;王漢章;韓坤峰;劉超;汪盈盈;漆連鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): A61H1/02
• 分類號(hào): A61H1/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人，所述的裝置包括手臂保護(hù)套，主控模塊、電機(jī)模塊、動(dòng)力傳輸模塊、檢測(cè)模塊、電源模塊、安全模塊。所述的手臂保護(hù)套為有一定彈性的綁帶；所述的主控模塊為STM32，主控芯片中內(nèi)置有卡爾曼濾波算法；所述的電機(jī)模塊包括電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)連接軸；所述的動(dòng)力傳輸模塊為齒輪和連桿；所述的檢測(cè)模塊為六軸傳感器；所述的安全模塊為表面肌電傳感器；檢測(cè)模塊與主控模塊通過(guò)SPI進(jìn)行通信，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人。

背景技術(shù)

近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)等技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)領(lǐng)域也發(fā)揮著很大的作用，特別是機(jī)械臂在汽車裝備等領(lǐng)域的應(yīng)用能夠提高生產(chǎn)的效率，而在醫(yī)療康復(fù)方面，康復(fù)機(jī)器人技術(shù)也在不斷發(fā)展，在康復(fù)機(jī)器人中上肢康復(fù)機(jī)器人發(fā)展尤為迅速；在上肢手臂受傷的患者經(jīng)過(guò)醫(yī)院初步治療后，上肢康復(fù)機(jī)器人能夠幫助上肢受傷的患者進(jìn)行后期的康復(fù)訓(xùn)練和康復(fù)治療，能夠縮短患者上肢的康復(fù)周期，提高康復(fù)質(zhì)量。

現(xiàn)有的上肢康復(fù)機(jī)器人價(jià)格昂貴，手臂保護(hù)不夠完善，動(dòng)力傳輸不夠準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練角度不夠準(zhǔn)確，這樣就導(dǎo)致康復(fù)成本提高，手臂在訓(xùn)練過(guò)程中有受傷的風(fēng)險(xiǎn)，并且在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的過(guò)程中由于信號(hào)在采集過(guò)程中會(huì)有干擾，這將導(dǎo)致訓(xùn)練的角度有所偏差，使手臂在康復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中不能平滑的訓(xùn)練，不能進(jìn)行準(zhǔn)確的康復(fù)。

本發(fā)明的一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人使用氨綸材料做成手臂套來(lái)保護(hù)手臂，使用齒輪和連桿作為動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，使用六軸傳感器檢測(cè)手臂運(yùn)動(dòng)的角度，采用卡爾曼濾波算法對(duì)采集的信息進(jìn)行濾波處理，保證訓(xùn)練的角度精確和康復(fù)的效果；采用表面肌電傳感器對(duì)手臂疲勞信息進(jìn)行檢測(cè)，保證患者訓(xùn)練的安全；連桿底端連接齒輪和六軸傳感器，手臂套材料氨綸軟硬合適，既能夠保證手臂的訓(xùn)練需要，又能夠使手臂保護(hù)套與患者皮膚貼合更充分，來(lái)保證訓(xùn)練的效果和舒適性；連桿前端連接手臂套，手部握住連桿頂端，連桿末端連接齒輪和六軸傳感器，來(lái)保證連桿的正常轉(zhuǎn)動(dòng)和六軸傳感器對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息的測(cè)量。

因此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有手臂康復(fù)機(jī)器人技術(shù)不足的問(wèn)題，發(fā)明了一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上肢手臂受傷的患者，在醫(yī)院進(jìn)行初步治療后，對(duì)其進(jìn)行后期的輔助康復(fù)治療，現(xiàn)有的上肢康復(fù)機(jī)器人價(jià)格昂貴，手臂保護(hù)不夠完善，動(dòng)力傳輸不夠準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練角度不夠準(zhǔn)確，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，手臂康復(fù)運(yùn)動(dòng)角度精準(zhǔn)的基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人；采用主控芯片對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行整體的控制；采用氨綸材料做成手臂保護(hù)套一方面帶動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，另外還能保護(hù)手臂的安全；采用齒輪和連桿作為動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)；采用六軸傳感器作為檢測(cè)模塊，采集手臂運(yùn)動(dòng)的角度信息；采用卡爾曼濾波算法來(lái)對(duì)六軸傳感器采集的信息進(jìn)行濾波，保證患者訓(xùn)練角度的準(zhǔn)確；采用表面肌電傳感器對(duì)手臂的疲勞程度進(jìn)行檢測(cè)，保證患者的安全。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為。

一種基于卡爾曼濾波的上肢康復(fù)機(jī)器人，所述的裝置包括手臂保護(hù)套，主控模塊、電機(jī)模塊、動(dòng)力傳輸模塊、檢測(cè)模塊、電源模塊、安全模塊，所述的手臂保護(hù)套為有一定彈性的綁帶；所述的主控模塊為STM32，主控芯片中內(nèi)置有卡爾曼濾波算法；所述的電機(jī)模塊包括電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)連接軸；所述的動(dòng)力傳輸模塊為齒輪和連桿；所述的檢測(cè)模塊為六軸傳感器；所述的安全模塊為表面肌電傳感器；檢測(cè)模塊與主控模塊通過(guò)SPI進(jìn)行通信。

本發(fā)明采用氨綸材料制成手臂保護(hù)套，采用齒輪和連桿作為動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，氨綸材料軟硬適中，既能夠貼合手臂皮膚，又能夠通過(guò)齒輪和連桿的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)手臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，保證康復(fù)訓(xùn)練的質(zhì)量。

本發(fā)明采用主控芯片對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人整體進(jìn)行控制，主控芯片控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿和手臂固定套使手臂進(jìn)行屈曲和伸展運(yùn)動(dòng)。