康复机器人系统及其控制方法与流程

本发明涉及康复机器人
技术领域：
，尤其是涉及一种康复机器人系统及其控制方法。
背景技术：
：目前，康复机器人已经广泛应用于对肢体功能障碍患者的康复训练中。以手指康复机器人或者脊柱康复机器人为例，手指康复机器人可以满足由于脑中风等引起的手指僵硬的康复需求，脊柱康复机器人的脊柱康复训练垫可以满足脊柱畸形人员的康复需求。手指康复机器人需要使用真空泵系统控制康复机器人的手指实现屈伸运动，上述脊柱康复机器人需要使用真空泵系统控制脊柱康复训练垫膨胀或收缩，因此，上述手指康复机器人或者脊柱康复机器人的康复训练都需要真空泵系统实现。现有的康复机器人通常采用继电器或三极管控制真空泵进气或出气，然而，当使用继电器控制真空泵时，需要为真空泵连接的每个电磁阀设置对应的继电器，继电器在元器件系统中体积较庞大，不利于产品化，当使用三极管时，需要为三极管增加外围电路，增加了元器件的使用数量，材料成本较高。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种康复机器人系统及其控制方法，能够减少康复机器人系统的元器件使用数量，降低了元器件的占用空间，节约了材料成本。为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：第一方面，本发明实施例提供了一种康复机器人系统，包括：控制器、模拟开关器件、电磁阀、真空泵和辅助康复设备；所述真空泵通过管道与所述辅助康复设备连接，所述控制器与所述模拟开关器件通信连接，所述模拟开关器件与所述电磁阀通信连接，所述电磁阀设置于所述真空泵与所述辅助康复设备之间的管道上；所述控制器用于向所述模拟开关器件发送数字控制信号，触发所述模拟开关器件向所述电磁阀发送所述数字控制信号对应的模拟开关信号，以控制所述真空泵进气或出气。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述康复机器人系统包括：驱动芯片；所述驱动芯片的输入端与所述控制器通信连接，所述驱动芯片的输出端与所述真空泵通信连接；所述驱动芯片用于根据所述控制器发送的电平信号控制所述真空泵的运行状态。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电磁阀设置于第一管道上，所述第二电磁阀设置于第二管道上；所述第一管道的两端分别与所述辅助康复设备和所述真空泵的出气口连接，所述第二管道的两端分别与所述辅助康复设备和所述真空泵的进气口连接。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述模拟开关器件还用于在接收到所述控制器发送的低电平信号时，向所述第二电磁阀发送电压信号，以控制所述第二电磁阀导通；所述模拟开关器件还用于在接收到所述控制器发送的高电平信号时，向所述第一电磁阀发送电压信号，以控制所述第一电磁阀导通。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述模拟开关器件包括模拟开关芯片ch443k。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述康复机器人系统包括：电源芯片；所述电源芯片与所述模拟开关器件通信连接。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述辅助康复设备包括软体手套；所述软体手套的手指中设置有软管，所述软管与所述真空泵连接。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述辅助康复设备包括脊柱康复床垫；所述脊柱康复床垫包括一个或多个气垫，所述气垫与所述真空泵连接。进一步，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述驱动芯片包括驱动芯片l9110。第二方面，本发明实施例还提供了一种康复机器人控制方法，应用于第一方面任一项所述的康复机器人系统，所述康复机器人系统包括：控制器、模拟开关器件、电磁阀、真空泵和辅助康复设备；所述康复机器人控制方法包括：接收用户输入的控制信号；基于所述控制信号向所述模拟开关器件发送数字控制信号，触发所述模拟开关器件控制所述真空泵的运行状态。本发明实施例提供了一种康复机器人系统及其控制方法，上述康复机器人系统包括：控制器、模拟开关器件、电磁阀、真空泵和辅助康复设备；真空泵通过管道与辅助康复设备连接，控制器与模拟开关器件通信连接，模拟开关器件与电磁阀通信连接，电磁阀设置于真空泵与辅助康复设备之间的管道上；控制器用于向模拟开关器件发送数字控制信号，触发模拟开关器件向电磁阀发送数字控制信号对应的模拟开关信号，以控制真空泵进气或出气。上述康复机器人系统，通过在控制器与电磁阀之间设置模拟开关器件，可以基于模拟开关器件控制电磁阀的开闭状态，进而控制真空泵进气或出气，由于真空泵与辅助康复设备连接，通过控制真空泵进气或出气可以实现对辅助康复设备形态的控制，上述模拟开关器件可以实现对多个电磁阀的同时控制，减少了元器件的使用数量，降低了元器件的占用空间，节约了材料成本。本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例的上述技术即可得知。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了本发明实施例所提供的一种康复机器人系统结构示意图；图2示出了本发明实施例所提供的另一种康复机器人系统结构示意图；图3示出了本发明实施例所提供的一种真空泵出气示意图；图4示出了本发明实施例所提供的一种真空泵进气示意图；图5示出了本发明实施例所提供的一种康复机器人控制方法流程图。图标：11-控制器；12-模拟开关器件；13-电磁阀；14-真空泵；15-辅助康复设备；16-驱动芯片；131-第一电磁阀；132-第二电磁阀；17-电源芯片；31-真空泵的出气口；32-真空泵的进气口。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。目前，现有的康复机器人系统中通常采用继电器或者三极管控制电磁阀的通断，进而控制真空泵的进出气状态，由于一个电磁阀需要通过一个继电器控制，继电器吸合电磁阀关闭，继电器打开电磁阀断开，如果控制多个电磁阀就需要多个继电器，而继电器在元器件系统体积相对比较庞大，导致整个控制电路庞大；而三极管电路依据使用的三极管类型为npn或者pnp的不同，三极管的外围电路设计不同，增加控制电路设计的复杂性。此外，在使用控制器控制继电器或者三极管时，控制流程繁杂。为改善此问题，本发明实施例提供的一种康复机器人系统及其控制方法，该技术可应用于降低元器件的占用空间，节约材料成本。以下对本发明实施例进行详细介绍。本实施例提供了一种康复机器人系统，参见图1所示的康复机器人系统结构示意图，该系统主要包括：控制器11、模拟开关器件12、电磁阀13、真空泵14和辅助康复设备15。如图1所示，上述真空泵14通过管道与辅助康复设备15连接，控制器11与模拟开关器件12通信连接，模拟开关器件12与电磁阀13通信连接，电磁阀13设置于真空泵14与辅助康复设备15之间的管道上。上述控制器14用于向模拟开关器件发送数字控制信号，模拟开关器件用于向电磁阀发送数字控制信号对应的模拟开关信号，以控制真空泵进气或出气。由于真空泵与辅助康复设备之间的管道上均设置有电磁阀，通过控制电磁阀打开或关闭，可以控制真空泵的进气口及出气口与辅助康复设备的气体通断状态。通过控制真空泵与辅助康复设备之间的电磁阀的开闭状态，可以使真空泵向辅助康复设备充气或者从辅助康复设备抽气，从而可以控制辅助康复设备的形态。本实施例提供的上述康复机器人系统，通过在控制器与电磁阀之间设置模拟开关器件，可以基于模拟开关器件控制电磁阀的开闭状态，进而控制真空泵进气或出气，由于真空泵与辅助康复设备连接，通过控制真空泵进气或出气可以实现对辅助康复设备形态的控制，上述模拟开关器件可以实现对多个电磁阀的同时控制，减少了元器件的使用数量，降低了元器件的占用空间，节约了材料成本。在一种具体的实施方式中，如图1所示，本实施例提供的康复机器人系统还包括驱动芯片16，该驱动芯片的输入端与控制器通信连接，驱动芯片的输出端与真空泵通信连接；该驱动芯片用于根据控制器发送的电平信号控制真空泵的运行状态。上述控制器可以是arm微控制器，诸如可以是stm32f103主控芯片，上述驱动芯片可以是两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，诸如可以是l9110s驱动芯片。参见如图2所示的康复机器人系统结构示意图，上述stm32f103主控芯片的输出端gpio1和gpio2分别与l9110s驱动芯片的输入端ia和ib端通信连接，l9110s驱动芯片的输出端oa和ob与真空泵通信连接，当l9110s驱动芯片的输入端ia为高电平，ib为低电平时，真空泵马达正转；当l9110s驱动芯片的输入端ia为低电平，ib为高电平时，真空泵马达反转；当l9110s驱动芯片的输入端ia为高电平，ib为高电平时，真空泵马达停止；当l9110s驱动芯片的输入端ia为低电平，ib为低电平时，真空泵马达停止。在实际应用中，对康复机器人系统进行控制时，无需考虑真空泵马达的正反转控制，从而有利于输入端的共用，即当驱动芯片控制多个真空泵时，由于不用考虑真空泵马达的正反转，可以控制真空泵马达均反转，使l9110s驱动芯片的输入端ia为低电平，从而可以将驱动芯片的输入端ia均同时连接到stm32f103主控芯片的输出端gpio1，这样有利于节约主控芯片的输出端口gpio，从而可以将多出来的输出端口控制更多的真空泵，节约了器件使用数量，减小了康复机器人系统的器件占用体积。通过基于控制器控制驱动芯片和开关件，可以控制真空泵进气或出气，上述真空泵还可以将当前的转速反馈至控制器，以使控制器可以实时获取到真空泵的转速，实现了对真空泵转速的闭环控制，最终实现对真空泵进气和出气的合理控制。在一种具体的实施方式中，如图1所示，上述电磁阀13包括第一电磁阀131和第二电磁阀132；第一电磁阀设131置于第一管道上，第二电磁阀132设置于第二管道上；第一管道的两端分别与辅助康复设备和真空泵的出气口连接，第二管道的两端分别与辅助康复设备和真空泵的进气口连接。上述模拟开关器件根据控制器发送的电平信号，向对应的电磁阀发送电压信号，以实现对电磁阀的通断控制。上述模拟开关器件还用于在接收到控制器发送的低电平信号时，向第二电磁阀发送电压信号，以控制第二电磁阀导通；模拟开关器件还用于在接收到控制器发送的高电平信号时，向第一电磁阀发送电压信号，以控制第一电磁阀导通。在实际应用中，上述模拟开关器件可以是单刀双掷低阻模拟开关芯片，诸如可以是模拟开关芯片ch443k。如图1所示，上述康复机器人还包括电源芯片17，电源芯片17与模拟开关器件12通信连接，该电源芯片用于为电磁阀供电，诸如可以是电源芯片78l05。如图2所示，上述模拟开关芯片ch443k包括输入端口sel(选择端)端口和com端口，还包括输出端口ch0和ch1，输出端口ch0与第一电磁阀131通信连接，输出端口ch1与第二电磁阀132通信连接。上述stm32f103主控芯片的输出端gpio3与模拟开关芯片ch443k的输入端口sel通信连接。当主控芯片向模拟开关芯片ch443k的sel端口输入高电平时，模拟开关芯片ch443k的输出端口ch0为高电平，ch1端口输出低电平，ch0端口接通com端口，模拟开关芯片ch443k通过ch0端口向第一电磁阀131输出电压信号(该电压信号的电压值大小可以根据电磁阀的工作电压进行设定)，第一电磁阀131接通，第二电磁阀132断开。当主控芯片向模拟开关芯片ch443k的sel端口输入低电平时，模拟开关芯片ch443k的输出端口ch0为低电平，ch1端口输出高电平，ch1端口接通com端口，模拟开关芯片ch443k通过ch1端口向第二电磁阀132输出电压信号，第一电磁阀131断开，第二电磁阀132接通。参见如图3所示的真空泵出气示意图，真空泵的出气口31通过第一管道与辅助康复设备连接，第一电磁阀131设置于第一管道上，真空泵的进气口32通过第二管道与辅助康复设备连接，第二电磁阀132设置于第二管道上。当第一电磁阀131接通，第二电磁阀132断开时，真空的出气口连接的第一管道处于导通状态，真空泵处于出气状态，真空泵通过出气口与辅助康复设备连接，图3中的箭头方向为真空泵的出气方向，即真空泵向辅助康复设备进行充气。参见如图4所示的真空泵进气示意图，真空泵的出气口通过第一管道与辅助康复设备连接，第一电磁阀131设置于第一管道上，真空泵的进气口通过第二管道与辅助康复设备连接，第二电磁阀132设置于第二管道上。当第一电磁阀131断开，第二电磁阀132接通时，真空泵的进气口连接的第二管道处于导通状态，真空泵处于进气状态，图4中的箭头方向为真空泵的进气方向，辅助康复设备通过第二管道向真空泵排气。在一种具体的实施方式中，上述辅助康复设备包括软体手套；软体手套的手指中设置有软管，该软管与真空泵的进气口和出气口连接，该软管可以使软体手套的手指部位在真空泵出气时伸展，在真空泵进气时弯曲。在实际应用中，当软体手套的多个手指中设置有软管时，各个手指中的软管分别对应设置有真空泵，即上述康复机器人系统可以包括多个真空泵，每个真空泵对应设置有一个驱动芯片和模拟开关芯片。在实际应用中，上述软体手套可以实现单指训练、单独分指对指和握拳训练等。当进行单指训练时，只需控制其中一个手指对应的真空泵缓慢出气，可以实现单个手指缓慢伸展，控制真空泵缓慢进气，可以实现单个手指缓慢屈曲。通过控制各个手指对应真空泵的进气或出气时间，可以控制各个手指的位置，诸如，可以设置拇指与其他四指(食指、中指、环指、小指)位置不同，拇指保持与食指的角度是45度-60度之间，在两手指互相靠拢时，都是以拇指作为对指中的其中一指，只需控制拇指与四指中其中一指的真空泵系统进出气即可实现单独分指对指锻炼，更合理且易控制。当进行握拳训练时，控制软体手套五个手指对应的真空泵缓慢进气，可以使五个手指缓慢屈曲到握拳位。在另一种具体的实施方式中，上述辅助康复设备包括脊柱康复床垫；脊柱康复床垫包括一个或多个气垫，气垫与真空泵的进气口和出气口连接，该气垫可以在真空泵出气时膨胀，在真空泵进气时收缩。本实施例提供的上述康复机器人系统，基于模拟开关芯片控制电磁阀的通断，从而控制真空泵进行进气或者出气，减小了元器件的使用数量，同时模拟开关芯片的体积小，外围电路少，减小了康复机器人系统的产品体积，提升了辅助康复设备控制的便捷性，且该系统容易扩展和维护。对应于上述实施例所提供的康复机器人系统，本发明实施例提供了一种康复机器人控制方法，该方法可以应用于上述实施例提供的康复机器人系统，参见如图5所示的康复机器人控制方法流程图，该方法主要包括以下步骤s502～步骤s504：步骤s502，接收用户输入的控制信号。上述控制信号可以是软体手套的手指控制信号或脊柱康复床垫的气垫控制信号，用于在使用康复机器人系统时，通过向控制器输入控制信号，进行对应的康复训练。步骤s504，基于控制信号向模拟开关器件发送数字控制信号，触发模拟开关器件控制真空泵的运行状态(包括出气状态和进气状态)。控制器基于用户输入的控制信号，向模拟开关器件发送控制信号对应的数字控制信号，以基于模拟开关器件控制真空泵的运行状态，进而控制软体手套或脊柱康复床垫的形态。控制器的gpio1端口、gpio2端口和gpio3端口输出的数字控制信号与真空泵的运行状态对应关系，可以参照如下表一所示的真空泵控制逻辑状态表：表一真空泵控制逻辑状态表gpio1端口gpio2端口gpio3端口真空泵的运行状态000停止001停止010进气状态011出气状态表一中的“0”表示低电平，“1”表示高电平。当用户输入目标手指伸展控制信号或者目标气垫膨胀的控制信号时，stm32f103主控芯片的输出端gpio1输出低电平，gpio2输出高电平，gpio3输出高电平，以触发目标手指对应的模拟开关芯片ch443k的输出端口ch0输出高电平，ch1端口输出低电平，第一电磁阀导通，第二电磁阀断开，目标手指对应的真空泵处于出气状态，进而控制目标手指伸展，或控制目标气垫膨胀。当用户输入目标手指弯曲或目标气垫收缩的控制信号时，stm32f103主控芯片的输出端gpio1输出低电平，gpio2输出高电平，gpio3输出低电平，以触发目标手指对应的模拟开关芯片ch443k的输出端口ch0输出低电平，ch1端口输出高电平，第一电磁阀断开，第二电磁阀导通，目标手指对应的真空泵处于进气状态，进而控制目标手指弯曲，或控制目标气垫收缩。当用户输入关闭控制信号时，stm32f103主控芯片的输出端gpio1输出低电平，gpio2输出低电平，gpio3输出低电平或高电平，以控制真空泵处于停止运行状态。本实施例提供的上述康复机器人控制方法，通过在控制器与电磁阀之间设置模拟开关器件，可以基于模拟开关器件控制电磁阀的开闭状态，进而控制真空泵进气或出气，由于真空泵与辅助康复设备连接，通过控制真空泵进气或出气可以实现对辅助康复设备形态的控制，上述模拟开关器件可以实现对多个电磁阀的同时控制，减少了元器件的使用数量，降低了元器件的占用空间，节约了材料成本。本实施例所提供的方法，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。本发明实施例提供了一种计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，所述计算机可执行指令促使所述处理器实现上述实施例所述的方法。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。本发明实施例所提供的康复机器人系统及其控制方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12