[發(fā)明專利]上肢康復機器人控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109091819B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及一種上肢康復機器人控制系統(tǒng)，上位機通過藍牙/WIFI發(fā)送指令給MCU模塊，MCU模塊根據(jù)指令選擇不同的訓練模式；語音模塊對非特定語音進行識別，采集并處理語音信號，利用SPI通訊協(xié)議傳輸至MCU模塊，控制驅動模塊驅動電機運轉，完成訓練動作；肌電控制模塊對患者的健側進行肌電采集，提取和處理肌電信號，分析處理后，將患者健側的動作映射機械臂，實現(xiàn)運動意圖識別，達到功能補償和控制的效果。本發(fā)明采用了多種人機交互方式，能夠更好的達到針對性康復訓練的效果，使用時能夠精確定位患者上肢的各個關節(jié)，避免錯位的練習引起組織損傷和肌肉拉傷。本發(fā)明的控制系統(tǒng)體積小，使用方便，訓練效果好，制造成本低。

技術領域

本發(fā)明涉及一種醫(yī)療康復機器人，具體涉及一種上肢康復機器人控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

根據(jù)《中國心血管病報告2017》報告顯示，我國腦卒中患者已達到1300萬，并且腦卒中發(fā)生率正以每年8.7％的增速增長。腦卒中患者發(fā)病后通常會留下許多后遺癥，其中，約85％的患者伴有一側上肢功能障礙，現(xiàn)有的醫(yī)學理論和實踐數(shù)據(jù)證明，正確、科學、合理的康復訓練對于肢體運動功能的恢復起到十分重要的作用。

傳統(tǒng)治療方式主要依靠醫(yī)護人員對患者進行一對一的輔助訓練，這種訓練模式耗時耗力，且缺乏量化和客觀評價。隨著機器人技術的不斷發(fā)展，人工智能科技的不斷創(chuàng)新，將機器人技術與醫(yī)學理論相結合，為康復治療提供了新的途徑。康復機器人不僅能有效的減輕醫(yī)護人員的負擔，長期、穩(wěn)定、客觀地輔助患者進行康復訓練，而且還可提供多種準確的康復訓練量化數(shù)據(jù)，便于醫(yī)護人員根據(jù)這些反饋數(shù)據(jù)為病患制定更合理的訓練計劃。

目前國內(nèi)針對外骨骼式上肢康復機器人的控制方式比較單一，人機交互性差。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學的5個電機驅動的5－DOF上肢外骨骼康復訓練器、控制電路通過角度測量等傳感器實現(xiàn)機器人運動模態(tài)控制和機器人位姿控制，利用健側手臂運動時的肌電信號來驅動電機。而本設計的一種上肢康復機器人控制方法，利用3個電機實現(xiàn)5種模式下7-DOF的復合運動訓練，利用多傳感器融合技術，能夠在訓練過程中提供多種形式的反饋信息，充分發(fā)揮患者的主觀能動性，并且根據(jù)患者狀態(tài)給予暗示或者建議等，使康復效果得到很大的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有康復機器人訓練模式單一，康復效果不佳，人機交互性差等問題，提出了一種上肢康復機器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)5種模式下7-DOF(3個驅動自由度，4個非驅動自由度)的復合運動訓練，能夠滿足不同肌力患者的需求，患者可以通過上位機、語音控制來選擇不同的訓練模式，允許病人在不同階段，不同場所不依靠專業(yè)醫(yī)師的情況下，自主進行訓練并輔助日常生活，滿足患者多方面的實際需求。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種上肢康復機器人控制系統(tǒng)，包括上位機、軌跡控制模塊、肌電控制模塊、語音控制模塊、MCU模塊、安全檢測模塊、動力驅動模塊和訓練機構；

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

所述語音控制模塊，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(xié)議傳輸至MCU模塊；

所述肌電控制模塊采集健側手臂運動時的肌電信號和軌跡控制模塊(3)根據(jù)不同的軌跡產(chǎn)生的位置信號，并分別通過canopen通訊協(xié)議傳輸至MCU模塊(5)；

所述軌跡控制模塊,用于控制訓練機構實現(xiàn)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(shù)據(jù)存儲SD卡中的軌跡數(shù)據(jù)，自定義軌跡是醫(yī)生根據(jù)患者的特殊情況，制定的適合患者的運動軌跡；

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

所述安全檢測模塊，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；