康复机器人及其扰动控制方法和装置与流程

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种康复机器人及其扰动控制方法和装置。

背景技术：

康复机器人辅助康复病人进行康复恢复的过程中主要使用主动康复模式和被动康复模式；主动康复模式中康复病人自主使用康复机器人进行康复恢复治疗；被动康复模式中康复病人针对康复机器人的支撑与辅助变化被动运动做出姿势调整，从而实现康复恢复治疗。

康复机器人能够提供若干种支撑运动变化配合康复病人的被动康复治疗，每一次支撑运动的变化都是对康复病人站立或者运动的干扰。目前常用的被动康复过程中的各种支撑运动变化是由控制系统随机或者计划产生的，单次扰动中涉及的方向、力度、幅度、加速度等参数是随机计算或选择的，相邻变化无相关性，也不涉及康复策略。由于扰动是随机的，所以扰动动作无法融合康复医师的康复策略，可能对于康复病人是无用的，甚至是有害的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中康复机器人通常只能随机产生扰动的缺陷，提供一种触控输入的可控扰动的康复机器人及其扰动控制方法和装置。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种康复机器人的扰动控制方法，所述扰动控制方法包括：

捕捉触控输入的连续控制线；

解析所述连续控制线的触控参数，每一触控参数分别对应扰动的一个控制参数；

将所述触控参数转换成对应的控制参数；

按照所述控制参数控制所述康复机器人实施扰动。

较佳地，所述触控参数包括触控滑动方向，所述触控滑动方向为所述连续控制线中由触控起点指向触控终点的方向；

与所述触控滑动方向相对应的控制参数为扰动方向，将所述触控滑动方向转换成所述扰动方向的步骤包括：

判断所述触控滑动方向为正向还是反向；

若为正向，则设定所述扰动方向为正向扰动；

若为反向，则设定所述扰动方向为反向扰动。

较佳地，解析所述连续控制线的所述触控滑动方向的步骤包括：

提取所述连续控制线的触控起点坐标和触控终点坐标；

计算所述触控终点坐标与所述触控起点坐标在预设坐标轴上的坐标值的差值；

判断所述差值为正还是为负；

若为正，则所述触控滑动方向为正向；

若为负，则所述触控滑动方向为反向。

较佳地，所述触控参数包括第一变化量，所述第一变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第一方向上的变化量；

与所述第一变化量相对应的控制参数为扰动加速度，所述扰动加速度的值与所述第一变化量的大小正相关。

较佳地，所述扰动加速度＝所述第一变化量的绝对值*所述康复机器人单次允许最大加速度/在所述第一方向上的最大允许输入量。

较佳地，所述触控参数包括第二变化量，所述第二变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第二方向上的变化量；

与所述第二变化量相对应的控制参数为扰动时长，所述扰动时长的值与所述第二变化量的大小正相关。

较佳地，所述扰动时长＝所述第二变化量的绝对值*所述康复机器人单次最长扰动时长/在所述第二方向上的最大允许输入量。

一种康复机器人的扰动控制装置，所述扰动控制装置包括：

输入模块，用于捕捉触控输入的连续控制线；

计算模块，用于解析所述连续控制线的触控参数，每一触控参数分别对应扰动的一个控制参数，还用于将所述触控参数转换成对应的控制参数；

控制模块，用于按照所述控制参数控制所述康复机器人实施扰动。

较佳地，所述触控参数包括触控滑动方向，所述触控滑动方向为所述连续控制线中由触控起点指向触控终点的方向；

与所述触控滑动方向相对应的控制参数为扰动方向，所述计算模块将所述触控滑动方向转换成所述扰动方向包括：

判断所述触控滑动方向为正向还是反向；

若为正向，则设定所述扰动方向为正向扰动；

若为反向，则设定所述扰动方向为反向扰动。

较佳地，所述计算模块解析所述连续控制线的所述触控滑动方向包括：

提取所述连续控制线的触控起点坐标和触控终点坐标；

计算所述触控终点坐标与所述触控起点坐标在预设坐标轴上的坐标值的差值；

判断所述差值为正还是为负；

若为正，则所述触控滑动方向为正向；

若为负，则所述触控滑动方向为反向。

较佳地，所述触控参数包括第一变化量，所述第一变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第一方向上的变化量；

与所述第一变化量相对应的控制参数为扰动加速度，所述扰动加速度的值与所述第一变化量的大小正相关。

较佳地，所述扰动加速度＝所述第一变化量的绝对值*所述康复机器人单次允许最大加速度/在所述第一方向上的最大允许输入量。

较佳地，所述触控参数包括第二变化量，所述第二变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第二方向上的变化量；

与所述第二变化量相对应的控制参数为扰动时长，所述扰动时长的值与所述第二变化量的大小正相关。

较佳地，所述扰动时长＝所述第二变化量的绝对值*所述康复机器人单次最长扰动时长/在所述第二方向上的最大允许输入量。

一种康复机器人，所述康复机器人包括如上所述的扰动控制装置。

较佳地，所述康复机器人还包括：

跑道，所述扰动控制装置生成的控制参数用于控制所述跑道的运行。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够根据触控方式输入的连续控制线实现康复机器人的扰动控制，具有方便性和直观性，可以快速实现线条分析，进而快速转换成对康复机器人的扰动控制，可以在训练过程中随时输入，且自输入到扰动发生时间间隔很短，可以达到“准实时性”。

另外，连续控制线可以由康复医师或其他具有控制资格的人员根据康复病人的实际情况输入，让康复医师或相关人员参与被动康复模式下康复病人的康复治疗过程，并控制康复机器人的扰动时长、扰动方向、扰动加速度等控制参数；有利于康复医师根据不同康复病人的康复需求进行实时有效的被动康复治疗，避免被动康复过程可能存在的对于康复病人和康复过程来说是有害的被动康复运动变化。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种康复机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例1的一种康复机器人的扰动控制装置的控制示意图；

图3为本发明实施例1的连续控制线的示意图；

图4为本发明实施例2的一种康复机器人的扰动控制方法的流程图；

图5为本发明实施例2的康复机器人的扰动控制方法更具体化的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

图1示出了本实施例的一种康复机器人。所述康复机器人主要用于配合康复病人进行康复训练，并且在康复训练中提供一定的扰动。所述康复机器人可以包括：供康复病人0站立并行走的跑道11、固定康复病人0的腰带12、可供所述腰带12上下移动的立柱13和用于控制康复机器人运行的康复机器人控制设备14等结构。其中，所述跑道11可以作为实施扰动的主要设备。例如，在康复病人0在跑道11上站立或行走时，可以通过控制跑道11的运行，如跑道11的前进方向、运动加速度或运动时长，来对康复病人0提供一定的干扰或阻力，以起到锻炼、训练康复病人的目的。

为了控制扰动，如图2所示，所述康复机器人还包括扰动控制装置15。所述扰动控制装置包括：输入模块151、计算模块152和控制模块153。

所述输入模块151用于捕捉触控输入的连续控制线。为了实现触控操作，所述输入模块151可以采用支持触控的操作面板，具体可以包括触控区域和显示区域。用户可以通过手指直接在触控区域上绘制连续控制线，或用户通过触控笔在触控区域上绘制连续控制线，并绘制出的连续控制线在显示区域内显示；所述连续控制线表现为一条连续、不间断的线，具体曲线或直线均可。

所述计算模块152用于解析所述连续控制线的触控参数。其中，每一触控参数分别对应扰动的一个控制参数。触控参数和控制参数的具体类型、触控参数与控制参数的对应关系均可根据需要自行设定。

所述计算模块152还用于将所述触控参数转换成对应的控制参数。转换的具体过程可以依据预设的转换规则或转换公式实现。

所述控制模块153用于按照所述控制参数控制所述康复机器人实施扰动。

本实施例中，所述触控参数可以包括触控滑动方向、第一变化量和第二变化量。所述触控滑动方向为所述连续控制线中由触控起点指向触控终点的方向，可以忽略触控起点与触控终点中间的波动。所述第一变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第一方向上的变化量。所述第二变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第二方向上的变化量。其中，所述第一方向和所述第二方向可以为预设方向。

所述控制参数可以包括扰动方向、扰动加速度和扰动时长。其中，所述触控参数与所述控制参数之间的对应关系包括但不限于：所述触控滑动方向与所述扰动方向相对应，所述第一变化量与所述扰动加速度相对应，所述第二变化量与所述扰动时长相对应。

所述计算模块152具体可以解析所述触控滑动方向，以及将所述触控滑动方向转换成所述扰动方向。

其中，所述计算模块152解析所述连续控制线的所述触控滑动方向包括：

提取所述连续控制线的触控起点坐标和触控终点坐标；

计算所述触控终点坐标与所述触控起点坐标在预设坐标轴上的坐标值的差值，其中，所述预设坐标轴可以为多维坐标空间中的任意一个轴；

判断所述差值为正还是为负；

若为正，则所述触控滑动方向为正向；

若为负，则所述触控滑动方向为反向。

所述计算模块152将所述触控滑动方向转换成扰动方向包括：

判断所述触控滑动方向为正向还是反向；

若为正向，则设定所述扰动方向为正向扰动；

若为反向，则设定所述扰动方向为反向扰动。

以图3中示出的连续控制线l为例，触控手在输入模块151上由触控起点a滑动到触控终点b。例如，将x轴的正方向定义为触控滑动方向的正方向，那么：

在解析触控滑动方向时，首先提取触控起点a的坐标(x1，y1)和触控终点b的坐标(x2，y2)，然后计算触控终点b与触控起点a在x轴的坐标值的差值δ，即，δ＝x2-x1。若δ>0，则所述触控滑动方向与x轴的正方向相同，为正向滑动，相应地设定正向扰动；若δ<0，则所述触控滑动方向与x轴的正方向相反，为反向滑动，相应地设定反向扰动；若δ＝0，则不产生扰动。

又例如，将y轴的正方向定义为触控滑动方向的正方向，那么：

在解析触控滑动方向时，首先提取触控起点a的坐标(x1，y1)和触控终点b的坐标(x2，y2)，然后计算触控终点b与触控起点a在y轴的坐标值的差值δ，即，δ＝y2-y1。若δ>0，则所述触控滑动方向与y轴的正方向相同，为正向滑动，相应地设定正向扰动；若δ<0，则所述触控滑动方向与y轴的正方向相反，为反向滑动，相应地设定反向扰动；若δ＝0，则不产生扰动。

对于上述的跑道11而言，正向扰动可以具体为跑道向前运动，反向扰动可以具体为跑道向后运动。

所述计算模块152具体还可以解析所述第一变化量，以及将所述第一变化量转换成所述扰动加速度。所述扰动加速度的值与所述第一变化量的大小正相关。即，由触控起点到触控终点在第一方向上的变化量越大，扰动加速度的值越大；反之，由触控起点到触控终点在第一方向上的变化量越小，扰动加速度越小。具体的转换公式可以为：

a＝|δ1|*amax/m1

其中，a表示扰动加速度；δ1表示第一变化量；amax表示所述康复机器人单次允许最大加速度；m1表示在所述第一方向上的最大允许输入量。其中，amax依康复机器人自身的运行能力而定，m1与触控装置或触控区域的尺寸有关，例如触控装置或触控区域在第一方向上的最大宽度为d，那么，m1＝d，|δ1|/m1表示第一变化量在第一方向上的宽度占比。

所述计算模块152具体还可以解析所述第二变化量，以及将所述第二变化量转换成所述扰动时长。所述扰动时长的值与所述第二变化量的大小正相关。即，由触控起点到触控终点在第二方向上的变化量越大，扰动时长越长；反之，由触控起点到触控终点在第二方向上的变化量越小，扰动时长最短。具体的转换公式可以为：

t＝|δ2|*t/m2

其中，t表示扰动时长；δ2表示第二变化量；t表示所述康复机器人单次最长扰动时长；m2表示在所述第二方向上的最大允许输入量。其中，t依康复机器人自身的运行能力或康复医师或相关人员制定的康复策略而定，m2与触控装置或触控区域的尺寸有关，例如触控装置或触控区域在第二方向上的最大宽度为d，那么，m2＝d，|δ2|/m2表示第二变化量在第二方向上的宽度占比。

还是以图3中示出的连续控制线l为例，触控手在输入模块151上由触控起点a滑动到触控终点b，触控起点a的坐标为(x1，y1)，触控终点b的坐标为(x2，y2)，触控的最大允许输入坐标为(xm，ym)。

例如，以x轴方向为第一方向，以y轴方向为第二方向，那么：

δ1＝x2-x1

a＝|x2-x1|*amax/xm

δ2＝y2-y1

t＝|y2-y1|*t/ym

所述康复机器人受控实施扰动加速度为a且扰动时长为t的扰动。

又例如，以y轴方向为第一方向，以x轴方向为第二方向，那么：

δ1＝y2-y1

a’＝|y2-y1|*amax/ym

δ2＝x2-x1

t’＝|x2-x1|*t/xm

所述康复机器人受控实施扰动加速度为a’且扰动时长为t’的扰动。

对于上述的跑道11而言，扰动加速度可以用于控制跑道运动的加速度，扰动时长可以用于控制跑道运动的时长。

本实施例中，所述扰动控制装置15可以为单独的设备，也可以集成于的康复机器人控制设备14中。另外，本实施例中所列举的实施扰动的设备为跑道11，但本发明并不局限于此，所述扰动控制装置还可以针对其它实施扰动的设备进行控制。

所述扰动控制装置15根据触控方式输入的连续控制线实现康复机器人的扰动控制，具有方便性和直观性，可以快速实现线条分析，进而快速转换成对康复机器人的扰动方向、扰动加速度和扰动时长。

在实际应用中，所述连续控制线可以由康复医师或相关人员根据康复病人的康复情况制定，既可以将多条连续控制线预存于扰动控制装置中，也可以在康复病人的康复训练中由康复医师或相关人员实时输入。一条连续控制线所产生的控制参数是单次扰动的控制参数，如果需要实施多次扰动，则可以通过多条连续控制线产生多组控制参数，每组控制参数对一次扰动进行控制。

实施例2

图4示出了本实施例的康复机器人的扰动控制方法。所述扰动控制方法可以在实施例1中的康复机器人上实现。所述扰动控制方法包括：

步骤201、捕捉触控输入的连续控制线。其中，触控输入包括但不限于用户通过手指直接在支持触控操作的操作面板上绘制所述连续控制线，或用户通过触控笔在支持触控操作的操作面板上绘制所述连续控制线；所述连续控制线表现为一条连续、不间断的线，具体曲线或直线均可。

步骤202、解析所述连续控制线的触控参数。其中，每一触控参数分别对应扰动的一个控制参数。触控参数和控制参数的具体类型、触控参数与控制参数的对应关系均可根据需要自行设定。

步骤203、将所述触控参数转换成对应的控制参数。转换的具体过程可以依据预设的转换规则或转换公式实现。

步骤204、按照所述控制参数控制所述康复机器人实施扰动。

本实施例中，所述触控参数可以包括触控滑动方向、第一变化量和第二变化量。所述触控滑动方向为所述连续控制线中由触控起点指向触控终点的方向，可以忽略触控起点与触控终点中间的波动。所述第一变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第一方向上的变化量。所述第二变化量为所述连续控制线中触控起点与触控终点在第二方向上的变化量。其中，所述第一方向和所述第二方向可以为预设方向。

所述控制参数可以包括扰动方向、扰动加速度和扰动时长。其中，所述触控参数与所述控制参数之间的对应关系包括但不限于：所述触控滑动方向与所述扰动方向相对应，所述第一变化量与所述扰动加速度相对应，所述第二变化量与所述扰动时长相对应。

具体地，如图5所示，步骤202包括：

步骤2021、解析所述触控滑动方向。该步骤具体包括：

提取所述连续控制线的触控起点坐标和触控终点坐标；

计算所述触控终点与所述触控起点在预设坐标轴上的坐标值的差值，其中，所述预设坐标轴可以为多维坐标空间中的任意一个轴；

判断所述差值为正还是为负；

若为正，则所述触控滑动方向为正向；

若为负，则所述触控滑动方向为反向。

相应地，步骤203包括：

步骤2301、将所述触控滑动方向转换成所述扰动方向。该步骤具体包括：

判断所述触控滑动方向为正向还是反向；

若为正向，则设定所述扰动方向为正向扰动；

若为反向，则设定所述扰动方向为反向扰动。

对于上述的跑道而言，正向扰动可以具体为跑道向前运动，反向扰动可以具体为跑道向后运动。

步骤202还包括：

步骤2022、解析所述第一变化量。

相应地，步骤203还包括：

步骤2032、将所述第一变化量转换成所述扰动加速度。所述扰动加速度的值与所述第一变化量的大小正相关。即，由触控起点到触控终点在第一方向上的变化量越大，扰动加速度的值越大；反之，由触控起点到触控终点在第一方向上的变化量越小，扰动加速度越小。具体的转换公式可以为：

a＝|δ1|*amax/m1

其中，a表示扰动加速度；δ1表示第一变化量；amax表示所述康复机器人单次允许最大加速度；m1表示在所述第一方向上的最大允许输入量。其中，amax依康复机器人自身的运行能力而定，m1与触控装置或触控区域的尺寸有关，例如触控装置或触控区域在第一方向上的最大宽度为d，那么，m1＝d，|δ1|/m1表示第一变化量在第一方向上的宽度占比。

步骤202还包括：

步骤2023、解析所述第二变化量。

相应地，步骤203还包括：

步骤2033、将所述第二变化量转换成所述扰动时长。所述扰动时长的值与所述第二变化量的大小正相关。即，由触控起点到触控终点在第二方向上的变化量越大，扰动时长越长；反之，由触控起点到触控终点在第二方向上的变化量越小，扰动时长最短。具体的转换公式可以为：

t＝|δ2|*t/m2

其中，t表示扰动时长；δ2表示第二变化量；t表示所述康复机器人单次最长扰动时长；m2表示在所述第二方向上的最大允许输入量。其中，t依康复机器人自身的运行能力或康复医师或相关人员制定的康复策略而定，m2与触控装置或触控区域的尺寸有关，例如触控装置或触控区域在第二方向上的最大宽度为d，那么，m2＝d，|δ2|/m2表示第二变化量在第二方向上的宽度占比。

对于上述的跑道而言，扰动加速度可以用于控制跑道运动的加速度，扰动时长可以用于控制跑道运动的时长。

本实施例中所列举的实施扰动的设备为跑道11，但本发明并不局限于此，所述扰动控制方法还可以针对其它实施扰动的设备进行控制。

所述扰动控制方法根据触控方式输入的连续控制线实现康复机器人的扰动控制，具有方便性和直观性，可以快速实现线条分析，进而快速转换成对康复机器人的扰动方向、扰动加速度和扰动时长。

在实际应用中，所述连续控制线可以由康复医师或相关人员根据康复病人的康复情况制定，既可以将多条连续控制线预存于扰动控制装置中，也可以在康复病人的康复训练中由康复医师或相关人员实时输入。一条连续控制线所产生的控制参数是单次扰动的控制参数，如果需要实施多次扰动，则可以通过多条连续控制线产生多组控制参数，每组控制参数对一次扰动进行控制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。