[發明專利]一種康復機器人等張運動控制方法及系統

在審

• 申請號: 202011000235.2
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112171670A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 薛龍;曹瑩瑜;張鑫;郭樂意;孫東升;云欣怡
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院;北京圣龍博睿科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 韓國強

1.一種康復機器人等張運動控制方法，其特征在于，包括：

獲取患者施加到機器人關節上的實際力矩；

讀取預先設置的可變負載的力矩；

對實際力矩與可變負載的力矩求和，并將求和結果輸入到導納模型中，以使導納模型輸出機器人關節的康復運動軌跡，控制康復機器人帶動患者運動；

其中，患者施加到機器人關節上的實際力矩與可變負載的力矩方向相反。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，還包括：

通過調節可變負載的力矩的大小實現不同阻力的等張康復運動；和/或，

通過調節導納模型中的導納參數實現不同阻力的等張康復運動。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取患者施加到機器人關節上的實際力矩，包括：

通過關節電機碼盤，獲取機器人關節的運動狀態；

通過關節力矩傳感器，獲取機器人關節實際受到的和力矩；

根據機器人關節的運動狀態，基于機器人動力學模型，求解出機器人關節所受的關節電機的驅動力矩；

從所述和力矩中減去關節電機的驅動力矩，分離出患者施加到機器人關節上的實際力矩；

其中，所述關節力矩傳感器，安裝在關節電機和機器人關節之間。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述導納模型根據所述驅動力矩輸出機器人關節的康復運動軌跡，控制康復機器人帶動患者運動，具體為：

導納模型根據驅動力矩計算出機器人關節相應的運動增量；

將運動增量和機器人實際位置疊加后，由伺服控制器控制機器人運動。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述導納參數至少包括：

慣性參數、阻尼參數、剛度參數。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，通過以下步驟優化所述導納參數，包括：

初始化慣性參數和阻尼參數，通過觀察不同剛度參數下，機器人關節的運動速度時間變化圖，選擇系統柔順性最好時所對應的剛度參數；

將系統柔順性最好時的剛度參數，及初始化的慣性參數輸入到導納模型，通過設置不同的阻尼參數，獲取不同的運動速度時間變化曲線；

選擇理想的運動速度時間變化曲線所對應的阻尼參數，及系統柔順性最好時的剛度參數輸入到導納模型，通過設置不同的慣性參數，獲取不同的運動速度時間變化曲線；

通過觀察所述運動速度時間變化曲線，選擇理解的機器人關節速度響應時間和系統柔順性所對應的慣性參數。

7.一種康復機器人等張運動控制系統，其特征在于，包括：

獲取模塊，用于獲取患者施加到機器人關節上的實際力矩；

讀取模塊，用于讀取預先設置的可變負載的力矩；

計算模塊，用于對實際力矩與可變負載的力矩求和，并將求和結果輸入到導納模型中，以使導納模型輸出機器人關節的康復運動軌跡，控制康復機器人帶動患者運動；

其中，患者施加到機器人關節上的實際力矩與可變負載的力矩方向相反。

8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，還包括：

調節模塊，用于通過調節可變負載的力矩的大小實現不同阻力的等張康復運動；和/或，

通過調節導納模型中的導納參數實現不同阻力的等張康復運動。

9.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述導納模型根據所述驅動力矩輸出機器人關節的康復運動軌跡，控制康復機器人帶動患者運動，具體為：

導納模型根據驅動力矩計算出機器人關節相應的運動增量；

將運動增量和機器人實際位置疊加后，由伺服控制器控制機器人運動。

10.一種康復機器人等張運動控制系統，其特征在于，包括：

處理器，

用于存儲處理器可執行指令的存儲器；

其中，所述處理器被配置為：

獲取患者施加到機器人關節上的實際力矩；

讀取預先設置的可變負載的力矩；

對實際力矩與可變負載的力矩求和，并將求和結果輸入到導納模型中，以使導納模型輸出機器人關節的康復運動軌跡，控制康復機器人帶動患者運動；

其中，患者施加到機器人關節上的實際力矩與可變負載的力矩方向相反。