[發(fā)明專利]一種下肢康復(fù)機器人控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910588138.0
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110279557B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王璐;謝能剛;王丙柱;舒軍勇
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 安徽知問律師事務(wù)所 34134
• 代理人: 王亞軍

本發(fā)明公開了一種下肢康復(fù)機器人控制系統(tǒng)及控制方法，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。該控制系統(tǒng)包括動力模塊、開發(fā)板、驅(qū)動模塊、機器人本體、數(shù)據(jù)采集模塊和工控機。動力模塊連接開發(fā)板，開發(fā)板連接驅(qū)動模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與工控機連接，其包括sEMG采集儀、傳感器和光電編碼器。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確地檢測患者下肢的訓(xùn)練和恢復(fù)情況，從而根據(jù)患者下肢實際情況調(diào)整訓(xùn)練模式和訓(xùn)練程度，提高了患者的康復(fù)訓(xùn)練效果。該方法采用上述控制系統(tǒng)對下肢康復(fù)機器人進行控制，使得康復(fù)機器人訓(xùn)練時的柔順性和阻抗控制效果好，切換訓(xùn)練模式時自適應(yīng)效果較佳，能夠準確識別患者的主動意識指令，與患者的交互性高，有效地增加了患者的訓(xùn)練積極性和訓(xùn)練效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種下肢康復(fù)機器人控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)的發(fā)展，康復(fù)機器人技術(shù)作為機器人技術(shù)的一種，得到了迅速的發(fā)展。它是工業(yè)機器人和醫(yī)用機器人的結(jié)合，其研究貫穿了康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機械學(xué)、機械力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、計算機科學(xué)以及機器人學(xué)等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為了國際機器人領(lǐng)域的一個研究熱點。目前，康復(fù)機器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到康復(fù)護理、假肢和康復(fù)治療等方面，這不僅促進了康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，也帶動了相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新理論的發(fā)展。

下肢康復(fù)機器人是肢體康復(fù)機器人的其中一種類型，其能夠輔助下肢運動功能障礙患者模擬正常人的步態(tài)規(guī)律做康復(fù)訓(xùn)練運動，從而鍛煉患者下肢肌肉，恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)對行走功能的控制能力以及患者正常走路機能。

但是，現(xiàn)有的下肢康復(fù)機器人在使用時，由于關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動訓(xùn)練是一個非線性的控制過程，以往的設(shè)計不能夠很好的進行柔順與阻抗控制，且在切換訓(xùn)練模式時，也會存在自適應(yīng)效果一般，訓(xùn)練效果并不好。另外，以往的訓(xùn)練方式較為枯燥，很難調(diào)動起患者的主動訓(xùn)練積極性，隨著訓(xùn)練時間的增加，很容易使患者感覺到無趣枯燥，降低訓(xùn)練興趣。

發(fā)明內(nèi)容

1、要解決的問題

針對現(xiàn)有的下肢康復(fù)機器人使用時，其解決了康復(fù)機器人使用時，不能很好地監(jiān)測患者的實時情況，導(dǎo)致對于康復(fù)機器人的訓(xùn)練模式和訓(xùn)練程度控制不方便的問題，其能夠?qū)崟r準確地檢測患者下肢的訓(xùn)練和恢復(fù)情況，從而根據(jù)患者下肢實際情況調(diào)整訓(xùn)練模式和訓(xùn)練程度，提高了患者的康復(fù)訓(xùn)練效果。

本發(fā)明還提供一種下肢康復(fù)機器人的控制方法，采用上述控制系統(tǒng)對下肢康復(fù)機器人進行控制，解決了現(xiàn)有的康復(fù)機器人的柔順性與阻抗控制較差，且切換訓(xùn)練模式時自適應(yīng)效果一般的問題，使得康復(fù)機器人訓(xùn)練時的柔順性和阻抗控制效果好，切換訓(xùn)練模式時自適應(yīng)效果較佳，能夠準確識別患者的主動意識指令，與患者的交互性高，有效地增加了患者的訓(xùn)練積極性和訓(xùn)練效果。

2、技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

一種下肢康復(fù)機器人控制系統(tǒng)，包括動力模塊、開發(fā)板、驅(qū)動模塊、機器人本體、數(shù)據(jù)采集模塊和工控機；所述動力模塊連接開發(fā)板，所述開發(fā)板連接驅(qū)動模塊，所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動機器人本體工作；所述數(shù)據(jù)采集模塊與工控機連接，包括用于采集患者下肢肌電信號的sEMG采集儀以及安裝于機器人本體上，用于采集機器人本體工作時的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞至工控機的傳感器和光電編碼器。

進一步地，所述機器人本體包括從下到上依次設(shè)置的底座、抬升機構(gòu)、床體和分別對稱設(shè)置在床體兩側(cè)的一對大腿訓(xùn)練機構(gòu)和一對小腿訓(xùn)練機構(gòu)；

所述大腿訓(xùn)練機構(gòu)包括小腿桿、固定腳板、大腿桿、滑軌、滑塊和髖關(guān)節(jié)驅(qū)動單元；所述滑軌沿床體的長度方向設(shè)置在床體的側(cè)邊，所述滑塊與滑軌連接形成移動副，滑塊上端與小腿桿鉸接連接；所述小腿桿的一端安裝固定腳板，另一端與大腿桿的一端鉸接連接，所述大腿桿的另一端鉸接連接在床體上；所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動單元用于驅(qū)動大腿訓(xùn)練機構(gòu)沿滑軌往復(fù)運動；