[發明專利]上肢康復機器人控制系統

有效

• 申請號: 201810915150.3
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109091819B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 喻洪流;鄧露露;王峰;孟巧玲;余杰;謝巧蓮
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: A63B23/12
• 分類號: A63B23/12;A63B21/00;A61H1/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

1.一種上肢康復機器人控制系統，包括上位機(4)、軌跡控制模塊(1)、肌電控制模塊(2)、語音控制模塊(3)、MCU模塊(5)、安全檢測模塊(6)、動力驅動模塊(7)和訓練機構(8)，其特征在于：

所述上位機(4)，用于選擇不同的訓練模式，通過藍牙/WIFI發送指令信號給MCU模塊(5)；

所述軌跡控制模塊(1)，用于控制訓練機構(8)實現已定義軌跡及自定義軌跡運動進行康復訓練，已定義軌跡采用預先存儲在數據存儲SD卡中的軌跡數據，自定義軌跡是醫生根據患者的特殊情況，制定的適合患者的運動軌跡；

所述肌電控制模塊(2)采集健側手臂運動時的肌電信號和軌跡控制模塊(1)根據不同的軌跡產生的位置信號，并分別通過canopen通訊協議傳輸至MCU模塊(5)；

所述語音控制模塊(3)，用于對非特定語音進行識別，采集并處理語音信號，并利用SPI通訊協議傳輸至MCU模塊；

所述安全檢測模塊(6)，用于采集傳輸訓練機構使用過程中患者的運動信息和生理信息以及訓練機構的作用力，同時形成反饋予以輸出給MCU模塊；

所述動力驅動模塊(7)，包括三組帶有伺服驅動系統的伺服電機，分別用以驅動訓練機構中外骨骼的肩關節和肘關節運動；

所述訓練機構為7-DOF上肢外骨骼機器人，7-DOF上肢外骨骼機器人具有3個驅動自由度，4個非驅動自由度，7-DOF上肢外骨骼機器人的肩關節和肘關節上分別裝有動力驅動模塊的帶有伺服驅動系統的無刷直流電機，用于輔助患者進行康復訓練；在7-DOF的作用下，7-DOF上肢外骨骼機器人實現肩關節的屈曲/伸展、內收/外展、內旋/外旋，肘關節的屈曲/伸展和腕關節的屈曲/伸展、內收/外展、內旋/外旋運動；

所述MCU模塊，用于接收和處理上位機(4)、軌跡控制模塊(1)、肌電控制模塊(2)、語音控制模塊(3)、安全檢測模塊(6)傳送的信息，產生相應的執行指令，并傳輸至動力驅動模塊(7)，控制訓練機構(8)實現各訓練模式。

2.根據權利要求1所述的上肢康復機器人控制系統，其特征在于：自定義軌跡模式下，醫生手動控制上肢外骨骼機器人的機械臂運動，并由動力驅動模塊(7)中的增量式編碼器采集各關節運動位置信號，將手動調節設定的位置信號反饋給MCU模塊(5)，MCU模塊(5)將機械臂運行過程中的位置采集數據和伺服電機驅動數據通過SPI通信方式存儲到數據存儲SD卡中，形成自定義軌跡，以備做康復訓練計劃；同時，用戶可將主動訓練采集的軌跡數據和自定義軌跡數據從數據存儲SD卡讀入上位機(4)中進行數據分析，或將上位機(4)中由軟件模擬的軌跡導入數據存儲SD卡中，用于康復訓練。

3.根據權利要求1所述的上肢康復機器人控制系統，其特征在于：所述安全檢測模塊包括采集上肢運動關節角度信號的角度傳感器、監測患者的力與電機輸出的交互力作用的扭矩傳感器、反映人體上肢運動的加速度、角加速度變化的加速度計傳感器和采集人體手掌處握力的壓力傳感器；角度傳感器安裝在腕關節處，用于檢測患者腕關節的運動；壓力傳感器安裝在上肢外骨骼機器人的操作手柄處，用于檢測患者手掌的握力大小；通過角度傳感器、扭矩傳感器、加速度計傳感器、壓力傳感器采集人體運動角度、力矩、速度、位移、壓力數據的變化，對患者進行意圖識別。