[發明專利]基于壓力傳感器識別運動意圖的康復機器人的控制方法

有效

• 申請號: 202010051566.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111150608B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 何杰;柳鍇;張昊;何暢;孫容磊
• 申請（專利權）人: 湖北英特搏智能機器有限公司
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 湖北天領艾匹律師事務所 42252
• 代理人: 程明

本發明涉及外骨骼機器人控制技術領域，尤其涉及基于壓力傳感器識別運動意圖的康復機器人的控制方法，包括如下步驟：S1、提供配有運動意圖識別裝置的欠驅動康復機器人，確定驅動電機的數量和關節驅動盤數目；S2、確定各關節驅動盤間的位置關系；S3、確定各關節驅動盤的連桿參數表；S4、確定運動意圖識別裝置與驅動盤的位置關系；S5、將力矢量轉換成各關節的力和力矩的合成矢量；S6、計算出肩關節以下各個關節的軸向力矩；S7、求出關節空間到驅動空間的投影矩陣；S8、組成關節軸的力矩矢量并乘以投影矩陣得到驅動電機的轉速矢量。本發明通過壓力傳感器獲取患者的運動意圖，并計算出驅動電機的速度，對患者的運動做出響應，同時降低了成本。

技術領域

本發明涉及外骨骼機器人控制技術領域，尤其涉及基于壓力傳感器識別運動意圖的康復機器人的控制方法。

背景技術

目前的上肢康復機器人主要有三種類型，第一種是基于末端引導康復機器人，第二類是外骨骼康復機器人，第三類是上述兩種類型的組合。第一種康復機器人只能實現手或前臂的康復訓練；第二種康復機器人克服了第一種的弊端，但是由于機器人可能會使患者運動到一個不舒適的位型，所以存在安全隱患；而第三種康復機器人也沒能完全避開前兩者的不足。

大部分的康復機器人僅能完成被動訓練任務，無法根據患者的主動意圖完成主動康復訓練。同時，能夠實現主動運動的康復機器人都是依靠六維力傳感器來識別患者的運動意圖，雖然識別精度較高，但由于六維力傳感器的價格高昂，會導致成本的大幅度上漲。為此，我們提出基于壓力傳感器識別運動意圖的康復機器人的控制方法。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了基于壓力傳感器識別運動意圖的康復機器人的控制方法，具有通過壓力傳感器獲取患者的運動意圖，并將運動意圖轉換成關節的力矩以獲取驅動電機的速度，以實現機械臂對患者的運動做出響應，性價比高的特點，解決了現有的六維力傳感器識別患者的運動意圖，雖然識別精度較高，但由于六維力傳感器的價格高昂，會導致成本的大幅度上漲的問題。

本發明提供如下技術方案：基于壓力傳感器識別運動意圖的康復機器人的控制方法，包括如下步驟：

S1、提供一個欠驅動康復機器人，所述欠驅動康復機器人的肩部配有運動意圖識別裝置，并確定欠驅動康復機器人驅動電機的數量和關節驅動盤數目；

S2、根據所述欠驅動康復機器人的關節驅動盤數目確定各關節驅動盤間的位置關系；

S3、根據所述欠驅動康復機器人的關節驅動盤數目確定各關節驅動盤的連桿參數表；

S4、確定運動意圖識別裝置與驅動盤的位置關系；

S5、將所述運動意圖識別裝置的壓力傳感器采集到的力矢量轉換成各關節的力和力矩的合成矢量；

S6、根據耦合關系，用肩關節位置的驅動盤力矩矢量計算出肩關節以下各個關節的軸向力矩；

S7、根據所述欠驅動康復機器人的耦合關系求出關節空間到驅動空間的投影矩陣；

S8、將上述得到的力和力矩矢量中的各個關節驅動盤的軸向力矩單獨取出組成關節軸的力矩矢量并乘以投影矩陣得到驅動電機的轉速矢量，即得到所需控制的驅動電機轉速。

優選的，所述關節驅動盤的數量是五個，分別是第一驅動盤、第二驅動盤、第三驅動盤、第四驅動盤和第五驅動盤。

優選的，所述運動意圖識別裝置上帶有四個壓力傳感器，其中兩個壓力傳感器與第二驅動盤的軸線平行，另外兩個壓力傳感器與第三驅動盤平行，機械臂運動的過程中始終與最接近的關節軸的軸線保持同樣的關節角θ1和θ2，且θ1+θ2＝90°。

優選的，所述驅動電機的數量為兩個，分別是第一電機和第二電機。