一种康复训练机器人的训练方法与流程

本发明属于机器人领域，具体为一种康复训练机器人的训练方法。

背景技术：

1、在医疗保健水平不断提高背景下，下肢康复训练机器人逐渐进入人们视野，下肢康复训练机器人属于医疗机械范畴，能够协助运动功能受损患者进行康复训练，在大脑皮层中重塑运动神经记忆，使患者渐渐恢复运动能力。其涉及传感器、计算机、人工智能等多种技术，因此它在恢复下肢运动功能方面发挥出化学药物无法替代的作用。

2、但是，传统的康复机器人操作较为复杂，患者通常是较为被动地跟随系统做训练，不能根据人体自然状态进行协调运动。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：患者只能根据康复机器人的操作被动进行训练，不能自适应做出训练操作。

2、技术方案：本发明提供了一种康复训练机器人的训练方法，包括以下步骤：步骤一，标识点数量与位置设置：在被测下肢康复训练机器人设置五个标识点，分别在髋关节、膝关节、踝关节的外侧转动中心各选一个，此外在足背前侧与后端分别设置一个，在行走过程中，a、b、c、d、e五个点随人体下肢一起运动，其位移状况会被传感器记录，获取下肢骨骼与不同关节的运动信息，构建完全体现下肢刚体模型运动的局部坐标系，令坐标系的xoy平面位于矢状面，且y轴正方向竖直向上，这时下肢模型中连杆在矢状面的运动状况只和x、y坐标有关，其中，a、b、c三点能够体现髋、膝、踝三个关节的运动轨迹，a、b两点的连线在矢状面的投影和大腿连杆中心线相吻合，表示大腿，b、c两点的连线代表小腿，c、d、e三点组成的三角形为足，线段和足底相互平行；步骤二，步态特征参数计算：设置标识点数量与位置后，利用运动捕捉系统对标识点的空间坐标进行测试，获取步态特征参数。假设单侧下肢刚体模型中五个标识点在坐标系中的坐标分别为a(xa,ya,za)、b(xb,yb,zb)、c(xc,yc,zc)、d(xd,yd,zd)、e(xe,ye,ze)，相邻标识点的长度分别为lab、lbc、lcd、led、lec，髋关节、膝关节和踝关节角描述为θhip、θknee、θankle，的垂线和之间的夹角记作θf，与之间的夹角是θn，因此，a、b、c、d四个标识点在矢状面的运动学方程表示为由于θn是c、d、e三个标识点组成的三角形内角，且均粘贴在足的内侧，所以这些点之间的相对位置不会发生改变，则θn的计算公式为在获得θhip、θknee、θankle的值后，根据相邻标识点之间的长度结合获得所需的步态特征参数；步骤三，膝踝关节转角迭代学习：膝踝协调运动就是在有限时间间隔[o,t]内能够反复进行正常平地的行走任务，其公式为m(qi(t))+c(qi(t),qi*(t))+τf＝τ(t)，定义关节位置跟踪误差与速度误差分别为p(t)＝qd(t)-qi(t)与利用迭代项克服康复机器人系统的未知参数与干扰带来的不确定性，同时给出收敛性分析公式

3、进一步地，踝关节与膝关节的转角有所不同，当使用单一函数对其进行拟合时，获得的拟合曲线会有偏差，为确保模型精度，利用分段曲线拟合形式对踝关节转角参数进行拟合，根据自变量取值区间的差异进行分段表示，获得一个较为完整的拟合结果，假设，存在实数若函数f(x/)在区间[a/,c/]上存在定义，则踝关节转角模型表示为

4、进一步地，期望轨迹是设定好的并且已知，相邻两次计算时间需固定，原始状态(0)始终保持不变，只能具有一个控制输入ud(t)，每次的计算输出结果都能够被测出，基于上述假设，迭代控制算法构建了一系列迭代控制序列信号{uk}，它和任意一个能够实现的控制信号之间存在较小误差，结合假设条件，对膝踝运动轨迹进行第k次跟踪时，公式变换为

5、技术效果：

6、本发明提出一种自适应迭代学习控制策略，改进了传统迭代算法的不足，减少控制误差，实现膝踝协调运动，本发明方法的膝踝协调运动步态连续，膝踝协调运动速度误差较小，能够在较短时间内，使速度误差控制在要求范围内，且经过较少次数的迭代，膝关节和踝关节迭代控制位置误差达到最小，收敛速度较快，膝踝协调运动控制效果较好。

技术特征：

1.一种康复训练机器人的训练方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的康复训练机器人的训练方法，其特征在于，踝关节与膝关节的转角有所不同，当使用单一函数对其进行拟合时，获得的拟合曲线会有偏差，为确保模型精度，利用分段曲线拟合形式对踝关节转角参数进行拟合，根据自变量取值区间的差异进行分段表示，获得一个较为完整的拟合结果，假设，存在实数若函数f(x/)在区间[a/,c/]上存在定义，则踝关节转角模型表示为

3.根据权利要求1所述的康复训练机器人的训练方法，其特征在于，期望轨迹是设定好的并且已知，相邻两次计算时间需固定，原始状态始终保持不变，只能具有一个控制输入ud(t)，每次的计算输出结果都能够被测出，基于上述假设，迭代控制算法构建了一系列迭代控制序列信号{uk}，它和任意一个能够实现的控制信号之间存在较小误差，结合假设条件，对膝踝运动轨迹进行第k次跟踪时，公式变换为

技术总结
本发明涉及机器人领域，且公开了一种康复训练机器人的训练方法，其包括标识点数量与位置设置、步态特征参数计算和膝踝关节转角迭代学习。本发明的自适应迭代学习控制策略，改进了传统迭代算法的不足，减少控制误差，实现膝踝协调运动，本发明方法的膝踝协调运动步态连续，膝踝协调运动速度误差较小，能够在较短时间内，使速度误差控制在要求范围内，且经过较少次数的迭代，膝关节和踝关节迭代控制位置误差达到最小，收敛速度较快，膝踝协调运动控制效果较好。

技术研发人员：范黎
受保护的技术使用者：苏州安可苏健康科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15