[發明專利]上下肢康復機器人及控制方法、介質及計算機設備

在審

• 申請號: 202210168669.6
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114652566A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 幸研;陶然
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京積家醫療器械科技有限公司
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

1.一種上下肢康復機器人，其特征在于，包括機械臂及其控制系統、設于所述機械臂執行末端的快拆式夾具、六維力傳感器及肌電信號傳感器；

所述快拆式夾具用于將患肢與機械臂快速連接或脫離；

所述六維力傳感器和所述肌電信號傳感器用于向所述控制系統反饋信號；

所述控制系統用于：

控制機械臂在外力拖拽下形成設定路徑；

控制機械臂按照設定路徑或根據設定路徑優化后的新路徑運動；

控制機械臂接受患肢帶動按照所述設定路徑或新路徑運動；

以及判斷患肢運動路徑是否偏離設定路徑，通過自適應阻抗控制使機械臂帶動患肢回到設定路徑；

所述上下肢康復機器人的控制方法，包括：

通過主動測試，獲得與患肢相關的數據，根據所述數據設置警報閾值；

根據設定的治療方案控制機械臂帶動患肢沿設定路徑運動進行被動康復訓練，或者通過患肢克服阻尼力帶動機械臂沿設定路徑運動進行主動康復訓練；

根據設定的治療方案通過患肢克服阻尼力帶動機械臂沿設定路徑運動進行主動康復訓練，包括：

啟動主動康復訓練模式，根據與患肢相關的數據設置阻尼力，設定訓練路徑；

患肢按照所述訓練路徑帶動機械臂運動；

所述上下肢康復機器人的控制方法，還包括：

當患肢運動路徑偏離設定路徑時，通過自適應阻抗控制使患肢運動回到設定路徑，所述自適應阻抗控制的實現方法包括：

根據六維力傳感器采集的數據判斷使患肢偏離運動路徑的外力的大小，根據外力大小以及機械臂執行末端與設定路徑之間的偏移量，向機械臂執行末端施加一個與外力方向相反的抵抗力或者施加一個朝設定路徑方向的柔順力，具體包括：

在機器人的阻抗控制中初始化設置參數，當機械臂末端未偏離設定軌跡時，參數不發生變化，當末端在外力或者推力的作用下做主動的柔順運動時，通過控制系統的上位機獲得末端實際位置與設定軌跡之間的偏移量?x，剛度參數K的大小隨著?x的增大而變大，從而在空間中形成不同類型的剛度場；

在末端做主動的柔順運動時，控制系統的上位機持續獲得偏移量?x的實時大小并計算出相應的剛度參數K的值，從而產生相應的輔助力來克服推力或者外力，最終使末端回到設定軌跡，其中，根據偏移量?x變化而變化后的剛度參數K_n的計算公式為：K_n=K+α?x，其中α代表比例系數。

2.根據權利要求1所述的上下肢康復機器人，其特征在于，所述通過主動測試，獲得與患肢相關的數據，包括：

啟動主動測試模式，設置初始阻尼力，通過患肢的主動運動，由六維力傳感器以及肌電信號傳感器實時傳輸相關數據至控制系統，根據整個運動過程中的六維力傳感器以及肌電信號傳感器各自傳輸信號的最大值設置警報閾值。

3.根據權利要求1所述的上下肢康復機器人，其特征在于，根據設定的治療方案控制機械臂帶動患肢沿設定路徑運動進行被動康復訓練，包括：

啟動第一被動康復訓練模式，拖拽機械臂按照第一路徑移動，記錄移動過程中的速度、位姿以及第一路徑上的點位信息；

控制機械臂按照拖拽時的速度、位姿沿第一路徑帶動患肢進行重復運動。

4.根據權利要求1所述的上下肢康復機器人，其特征在于，根據設定的治療方案控制機械臂帶動患肢沿設定路徑運動進行被動康復訓練，包括：

啟動第一被動康復訓練模式，拖拽機械臂按照第一路徑移動，記錄移動過程中的速度、位姿以及第一路徑上的點位信息；

根據所述點位信息通過插補方法生成第二路徑；

控制機械臂按照拖拽時的速度、位姿沿第二路徑帶動患肢進行重復運動。

5.根據權利要求1所述的上下肢康復機器人，其特征在于，根據設定的治療方案控制機械臂帶動患肢沿設定路徑運動進行被動康復訓練，包括：

啟動第二被動康復訓練模式，控制機械臂按照預設的作業路徑、速度及位姿帶動患肢進行重復運動。