[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

本發明涉及一種康復機器人等張運動控制方法及系統，該方法通過獲取患者施加到機器人關節上的實際力矩，對實際力矩與可變負載的力矩求和，得到驅動力矩，將所述驅動力矩輸入到導納模型中，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，本發明提供的技術方案，由于對每個患者來說，可變負載是提前設置好的，是不變的，所以該運動為等張運動，通過改變負載的大小，可以實現不同阻力的等張運動；由于在等張運動訓練過程中，可變負載的力矩會抵消一部分患者施加到機器人關節上的實際力矩，患者在訓練過程中會感覺費力，提高了運動控制的跟蹤精度，改善了系統的柔順性，使治療精準度提高。

技術領域

本發明涉及康復機器人運動控制技術領域，具體涉及一種康復機器人等張運動控制方法及系統。

背景技術

隨著全民運動的興起，運動損傷的發生比例越來越高。康復機器人作為醫療機器人的一個重要分支，它的研究貫穿了康復醫學、生物力學、機械學、機械力學、電子學、材料學、計算機科學以及機器人學等諸多領域，已經成為了國際機器人領域的一個研究熱點。目前，康復機器人已經廣泛地應用到康復護理、假肢和康復治療等方面，這不僅促進了康復醫學的發展，也帶動了相關領域的新技術和新理論的發展。

目前康復機器人，對于主動康復訓練大多進行阻抗控制的研究，阻抗控制的基本思路是將力的偏差信號反饋到位置伺服環，而力的偏差信號和位置之間的關系稱為目標阻抗，通過調節目標阻抗可以實現系統的柔順控制。但阻抗控制的跟蹤精度不高，系統的柔順性不好，給患者的康復訓練帶來困難。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種康復機器人等張運動控制方法及系統，以解決現有技術中康復機器人阻抗控制中跟蹤精度不高、柔順性不好的問題。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種康復機器人等張運動控制方法，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，所述導納參數至少包括：

慣性參數、阻尼參數、剛度參數。