[發明專利]一種康復機器人等速運動控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011000246.0
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112207823B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 曹瑩瑜;薛龍;郭樂意;孫東升;張鑫;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速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，對所述實際力矩進行有效截斷，將截斷后的力矩輸入到導納模型中，導納模型計算后輸出等速位置曲線，通過所述等速位置曲線對機器人關節進行位置控制，本發明提供的技術方案，由于會對實際力矩進行有效截斷，從而保證了患者的實際力矩大于有效力矩時訓練過程速度恒定，即等速運動，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速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速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：

一種康復機器人等速運動控制方法，包括：

獲取患者施加到機器人關節上的實際力矩；

對所述實際力矩進行有效截斷；

將截斷后的力矩輸入到導納模型中，導納模型計算后輸出等速位置曲線；

通過所述等速位置曲線對機器人關節進行位置控制。

優選地，所述方法，還包括：

通過調節導納模型中的導納參數實現不同運動速度的等速康復運動。

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，所述對所述實際力矩進行有效截斷，包括：

設置有效截斷力矩；

當患者施加到機器人關節上的實際力矩的絕對值大于或等于有效截斷力矩時，截斷后的力矩等于有效力矩；

當患者施加到機器人關節上的實際力矩的絕對值小于有效截斷力矩時，不發生截斷。

優選地，有效力矩的大小根據患者的肌力情況確定。

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。

優選地，通過以下步驟優化所述導納參數，包括：