交互式上肢康复机器人及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及上肢康复领域，具体设及一种交互式上肢康复机器人及控制方法。
【背景技术】
[0002] 当今社会，脑卒中是严重威胁人们身体健康的疾病，发病率呈逐年上升的趋势。上 肢运动功能损伤是脑卒中常见的后遗症，运动功能损伤极大地影响了患者日常生活的能 力。科学研究表明，神经损伤后具有一定的可塑性。在患病初期及后期辅化合适的康复训 练，可W使患者患侧的运动功能得到一定的恢复，其中运动再学习方法是常用的一种康复 训练手段。
[0003] 传统的康复训练方式采用一对一的训练模式，即一个康复医师对一个患者，运种 方式康复医师工作量大，并且对于患者的康复训练状态无法实时监控。因此，具有高强度， 高精确度W及自动化测量功能的康复机器人吸引了康复研究人员的注意。
[0004] 目前已应用的针对脑卒中偏擁患者的上肢康复机器人多具有两种康复训练模式： 康复训练初期的完全被动模式W及康复训练后期的主动训练模式。完全被动模式是指患者 康复训练初期，能力尚差，患者的康复训练运动完全由机器人带动完成；主动训练模式是指 患者在康复训练后期具有了主动控制能力，完全由患者患肢力量完成康复训练过程。
[0005] 在针对不同患者的康复训练过程中，由于各个患者的功能损伤情况不同，而已应 用的上肢康复机器人设备不具有与患者之间的信息交互，导致机器人对于患者康复训练状 态无法适应，容易因康复训练不当，而造成二次伤害。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0007] 为此，本发明的第一个目的在于提出一种交互式上肢康复机器人。
[000引本发明的第二个目的在于提出一种交互式上肢康复机器人的控制方法。
[0009] 为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种交互式上肢康复机器 人，包括：摆臂机构，所述摆臂结构包括第一摆臂和第二摆臂，所述第一摆臂的一端与固定 桌面转动连接，另一端和所述第二摆臂一端转动连接；把手，所述把手设置在所述第二摆臂 的另外一端；力传感器，所述力传感器与所述把手相连，所述力传感器用于采集所述把手处 相互垂直的第一分力和第二分力；位置传感器、用于采集所述第一摆臂和所述第二摆臂的 转角位置；调节结构，用于对患者患肢提供助力或阻力；W及控制器，所述控制器分别与所 述力传感器、所述位置传感器和所述调节机构连接。
[0010] 根据本发明实施例的交互式上肢康复机器人，通过对机器人与患者之间作用力的 感知，调整机器人提供的力矩，适应患者患肢的康复训练状态，提高康复机器人的适应能 力，使得机器人具有了柔性，可W有效避免二次伤害，提高了康复机器人的使用安全性。
[0011] 另外，根据本发明上述实施例的交互式上肢康复机器人，还可W具有如下附加的 技术特征：
[0012] 进一步地，所述第一摆臂一端与所述固定桌面通过第一转动轴驱动连接，所述调 节机构包括第一伺服电机，所述第一伺服电机与所述第一转动轴驱动连接用于对所述第一 摆臂的摆动方向上提供动力。
[0013] 进一步地，所述第二摆臂通过第二转动轴与所述第一摆臂另一端连接，所述调节 结构包括第二伺服电机，所述第二伺服电机与所述第二转动轴驱动连接用于对所述第二摆 臂的摆动方向上提供动力。
[0014] 进一步地，所述第二摆臂上、靠近所述把手处设置有支撑部件。
[0015] 为了实现上述目的，本发明的第二方面的实施例公开了一种交互式上肢康复机器 人的控制方法，包括权利要求上述的上肢康复机器人，所述方法包括W下步骤：设定所述摆 臂机构末端的运动轨迹；通过位置传感器采集所述摆臂机构的当前位置；判断所述摆臂机 构的当前位置和设定的所述摆臂机构的运动轨迹的相应位置的偏离是否超过预设范围；W 及如果所述摆臂机构的当前位置和设定的所述摆臂机构的运动轨迹的相应位置的偏离超 过预设范围，对所述第一摆臂和/或所述第二摆臂提供动力。
[0016] 根据本发明实施例的交互式上肢康复机器人的控制方法，通过对机器人与患者之 间作用力的感知，调整机器人提供的力矩，适应患者患肢的康复训练状态，提高康复机器人 的适应能力，使得机器人具有了柔性，可W有效避免二次伤害，提高了康复机器人的使用安 全性。
[0017] 另外，根据本发明上述实施例的交互式上肢康复机器人的控制方法，还可W具有 如下附加的技术特征：
[0018] 进一步地，对所述第一摆臂和/或所述第二摆臂提供动力进一步包括：通过所述 把手与所述力传感器连续采集所述把手处的所述第一分力和所述第二分力；根据所述设定 所述摆臂机构的运动轨迹、所述摆臂机构的当前位置W及两者之间的偏差得到标准第一分 力和标准第二分力；W及根据所述标准第一分力、所述标准第二分力、所述力传感器测得的 所述第一分力与所述第二分力、所述第一摆臂的力矩参数和所述第二摆臂的力矩参数得到 所述第一伺服电机与所述第二伺服电机的动力力矩，其中，所述第一摆臂的力矩参数包括： 所述第一摆臂的长度，所述第一摆臂的质量，所述第二摆臂的力矩参数包括：所述第二摆臂 的长度、所述第二摆臂的质量。
[0019] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0020] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0021] 图1是本发明一个实施例的交互式上肢康复机器人的结构示意图；
[0022] 图2是本发明一个实施例的交互式上肢康复机器人的控制方法的流程图；
[0023] 图3是本发明一个实施例的交互式上肢康复机器人的控制方法的系统控制流程 图；
[0024] 图4是本发明一个实施例的交互式上肢康复机器人的受力分析图。
【具体实施方式】
[0025] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中屯、V纵向V横向V上V吓V前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"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、W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"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、'哺 连"、"连接"应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接；可 W是机械连接，也可W是电连接；可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W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W具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0028] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的运些和其他方面。在运些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0029]W下结合附图描述根据本发明实施例的交互式上肢康复机器人。
[0030] 图1是本发明一个实施例的交互式上肢康复机器人的结构示意图。
[0031] 请参考图1，一种交互式上肢康复机器人，包括：
[0032] 摆臂机构，摆臂结构包括第一摆臂2和第二摆臂4,第一摆臂2 -端和固定桌面转 动连接，另一端和第二摆臂4转动连接。第一摆臂2与固定桌面通过第一转动轴1连接，第 二摆臂4通过第二转动轴3与第一摆臂2连接。第一摆臂2可绕第一转动轴1水平摆动， 第二摆臂4可绕第二转动轴3水平摆动。本实施例设置的第一摆臂2和第二摆臂4能够使 交互式上肢康复机器人相比仅设置一个摆臂具有更多的运动轨迹，W满足对病人上肢康复 运动的多种需求。需要注意的是，本领域人员根据需要可W设置多个摆臂，且多个摆臂之间 可W不仅仅如图中所述的水平摆动，也可W进行竖直方向上的摆动。
[0033] 把手51，设置在第二摆臂4的端部。
[0034] 力传感器53,与把手51相连，用于采集把手处相互垂直的第一分力和第二分力。 第一分力和第二分力用（Fx，Fy)表示。
[0035] 在本发明的一个实施例中，在把手51处设置有支撑机构52W使患者手握把手51 时更舒适，同时限制患者患肢的小臂运动，使握持更稳定。
[0036] 位置传感器、用于采集第一摆臂2和第二摆臂4的位置。
[0037] 调节结构