本实用新型属于康复设备技术领域，具体涉及一种上肢协调康复训练装置的控制系统。
背景技术：
康复通常被认为通过自主运动、物理干预等手段减轻生理伤害。在医学领域中，脑卒中等事件发生后，通常需要通过康复帮助病人尽可能地恢复独立的生活和工作状态。
值得注意的是，现有的康复设备通常需由指导人员监督和指导，才能帮助病人完成康复过程。因此，大部分康复设备仅适合配置在康复中心等特定场所，适用对象、适用场所和使用条件较为苛刻，难以独立、自主等辅助病人完成康复过程。其中，现有的主被动训练设备一般都采用电机驱动的模式，但电机驱动可能带来电机失控造成意外伤害的风险，同时电机的驱动和控制不太容易做到柔顺，自适应性不强；也有设备采用纯机械结构驱动或者重力驱动，训练方式和效果固定，灵活性不好。
申请号为200610088011.5，主题名称为一种上肢康复训练装置的实用新型专利，其公开的技术方案为，上述上肢康复训练装置包括机架、位于机架上方的支撑板；在支撑板上固联纵向把手；机架与支撑板之间设置两组运动平面相互垂直的平面连杆机构；该机构中曲柄一端与转轴固联，另一端与连杆联动，连杆另一杆端铰接在支撑板上；两组平面连杆机构共用一根支撑杆，支撑杆一端固定在机架上，另一端通过球面副与支撑板联接；在连杆与支撑板之间采用十字铰链联接。根据上述技术方案，该实用新型专利请求保护的上肢康复训练装置，各部件之间有且仅有机械连接关系，例如支撑板固联纵向把手，连杆与支撑板之间采用十字铰链联接。为了实现上肢康复训练的目的，必须由参与上肢康复训练人员手动操作或者由指导人员辅助控制，而非设置气缸等气动设备实现自动控制、自主设置，更无法精确调节各个训练模式的训练参数。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的状况，提供一种上肢协调康复训练装置的控制系统。
本实用新型采用以下技术方案，所述上肢协调康复训练装置的控制系统包括互为对称的第一气动系统和第二气动系统，还包括模式切换电磁阀，所述第一气动系统包括第一换向电磁阀、第一排气阀、第一单向阀，所述第二气动系统包括第二换向电磁阀、第二排气阀、第二单向阀，其中：
所述模式切换电磁阀的第一支路同时与第一换向电磁阀的第一端和第一排气阀的第一端连通；
所述模式切换电磁阀的第二支路同时与第一换向电磁阀的第一端和第一单向阀的第一端连通；
所述模式切换电磁阀的第三和第四支路同时与第二换向电磁阀的第一端和第二排气阀的第一端连通；
所述模式切换电磁阀的第五支路同时与第二换向电磁阀的第一端和第二单向阀的第一端连通。
根据上述技术方案，所述上肢协调康复训练装置的控制系统还包括静音压缩机、气源压力传感器、储气罐，所述第一气动系统还包括第一比例调压阀，所述第二气动系统还包括第二比例调压阀，其中：
所述第一单向阀的第二端与第一比例调压阀的第一端连通，所述第一比例调压阀的第二端同时与静音压缩机、气源压力传感器、储气罐连通；
所述第二单向阀的第二端与第二比例调压阀的第一端连通，所述第二比例调压阀的第二端同时与静音压缩机、气源压力传感器、储气罐连通。
根据上述技术方案，所述第一气动系统还包括第一供气切换阀，所述第二气动系统还包括第二供气切换阀，其中：
所述第一供气切换阀与第一单向阀的第一端连通；
所述第二供气切换阀与第二单向阀的第一端连通。
根据上述技术方案，所述第一气动系统还包括第一排气消音器，所述第二气动系统还包括第二排气消音器，其中：
所述第一排气消音器与第一排气阀的第二端连通；
所述第二排气消音器与第二排气阀的第二端连通。
根据上述技术方案，所述第一气动系统还包括第一执行气缸、第一阻尼调节阀，所述第二气动系统还包括第二执行气缸、第二阻尼调节阀，其中：
所述第一阻尼调节阀同时连通第一换向电磁阀的第二端和第一执行气缸，所述第一执行气缸用于驱动第一握把；
所述第二阻尼调节阀同时连通第二换向电磁阀的第二端和第二执行气缸，所述第二执行气缸用于驱动第二握把。
根据上述技术方案，所述第一执行气缸的两端端部分别设有第一气缸尾部压力传感器和第一气缸头部压力传感器，所述第一握把处设有第一气缸位移传感器；
所述第二执行气缸的两端端部分别设有第二气缸尾部压力传感器和第二气缸头部压力传感器，所述第二握把处设有第二气缸位移传感器。
本实用新型公开的上肢协调康复训练装置的控制系统，其有益效果在于，通过气动设备实现上肢协调康复训练装置自动控制、自主设置，精确调节各个训练模式的训练参数和阀门设置，有效地辅助康复人员独立、自主等完成康复训练，提高上肢康复训练的独立性和针对性，帮助康复人员回归日常生活和工作。换而言之，本上肢协调康复训练装置采用气压驱动，阻尼模式和同步模式下不需要外界动力参与训练过程，安全可靠。在其他阻力模式下，即使有外界气源动力参与，在设备控制系统失效的情况下，各控制阀得不到控制信号将自动关闭输出，从而保证安全；气压驱动具有柔顺性，具备一定的自适应性，不存在刚性冲击，有效保护训练过程的安全和避免造成二次伤害。
附图说明
图1是本实用新型优选实施例的气路图。
图2是本实用新型优选实施例的部分系统框图。
图3是本实用新型优选实施例的部分系统框图。
附图标记包括：静音压缩机A1；气源压力传感器A2；储气罐A3；模式切换电磁膜A4；第一执行气缸L1；第二执行气缸R1；第一阻尼调节阀L2；第二阻尼调节阀R2；第一气缸位移传感器L3；第二气缸位移传感器R3；第一握把L4；第二握把R4；第一换向电磁阀L5；第二换向电磁阀R5；第一排气阀L6；第二排气阀R6；第一单向阀L7；第二单向阀R7；第一供气切换阀L8；第二供气切换阀R8；第一比例调压阀L9；第二比例调压阀R9；第一排气消音器L10；第二排气消音器R10；第一气缸尾部压力传感器L11；第二气缸尾部压力传感器R11；第一气缸头部压力传感器L12；第二气缸头部压力传感器R12。
具体实施方式
本实用新型公开了一种上肢协调康复训练装置的控制系统，下面结合优选实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1至图3，图1示出了所述上肢协调康复训练装置的控制系统的气路连接关系，图2和图3示出了所述上肢协调康复训练装置的控制系统的系统结构。优选地，所述上肢协调康复训练装置的控制系统包括互为对称的第一气动系统(左侧气路)和第二气动系统(右侧气路)，还包括静音压缩机A1、气源压力传感器A2、储气罐A3和模式切换电磁阀A4，其中：
所述第一气动系统包括第一换向电磁阀L5、第一排气阀L6和第一单向阀L7；
所述第二气动系统包括第二换向电磁阀R5、第二排气阀R6和第二单向阀R7，其中：
所述模式切换电磁阀A4的第一支路同时与第一换向电磁阀L5的第一端和第一排气阀L6的第一端连通；
所述模式切换电磁阀A4的第二支路同时与第一换向电磁阀L5的第一端和第一单向阀L7的第一端连通；
所述模式切换电磁阀A4的第三和第四支路同时与第二换向电磁阀R5的第一端和第二排气阀R6的第一端连通；
所述模式切换电磁阀A4的第五支路同时与第二换向电磁阀R5的第一端和第二单向阀R7的第一端连通。
优选地，所述第一气动系统还包括第一比例调压阀L9，所述第二气动系统还包括第二比例调压阀R9，其中：
所述第一单向阀L7的第二端与第一比例调压阀L9的第一端连通，所述第一比例调压阀L9的第二端同时与静音压缩机A1、气源压力传感器A2、储气罐A3连通；
所述第二单向阀R7的第二端与第二比例调压阀R9的第一端连通，所述第二比例调压阀R9的第二端同时与静音压缩机A1、气源压力传感器A2、储气罐A3连通。
进一步地，所述第一气动系统还包括第一供气切换阀L8，所述第二气动系统还包括第二供气切换阀R8，其中：
所述第一供气切换阀L8与第一单向阀L7的第一端连通；
所述第二供气切换阀R8与第二单向阀R7的第一端连通。
进一步地，所述第一气动系统还包括第一排气消音器L10，所述第二气动系统还包括第二排气消音器R10，其中：
所述第一排气消音器L10与第一排气阀L6的第二端连通；
所述第二排气消音器R10与第二排气阀R6的第二端连通。
优选地，所述第一气动系统还包括第一执行气缸L1、第一阻尼调节阀L2，所述第二气动系统还包括第二执行气缸R1、第二阻尼调节阀R2，其中：
所述第一阻尼调节阀L2同时连通第一换向电磁阀L5的第二端和第一执行气缸L1，所述第一执行气缸L1用于驱动第一握把L4；
所述第二阻尼调节阀R2同时连通第二换向电磁阀R5的第二端和第二执行气缸R1，所述第二执行气缸R1用于驱动第二握把R4。
其中，康复人员的上肢可同时握持第一和第二握把L4、R4。当第一和第二握把L4、R4被第一和第二执行气缸L1、R1驱动至合适位置时，即可关停第一和第二执行气缸L1、R1。同时，康复人员还可通过上位机等方式控制上肢协调康复训练装置自主执行康复训练流程。
进一步地，所述第一执行气缸L1的两端端部分别设有第一气缸尾部压力传感器L11和第一气缸头部压力传感器L12，所述第一握把L4处设有第一气缸位移传感器L3。
进一步地，所述第二执行气缸L2的两端端部分别设有第二气缸尾部压力传感器R11和第二气缸头部压力传感器R12，所述第二握把R4处设有第二气缸位移传感器R3。
值得一提的是，所述上肢协调康复训练装置的控制系统还可通过无线/有线连接方式与外部独立设置或者集成设置的上位机建立双向通讯连接，以便康复人员直接与上肢协调康复训练装置双向交互，或者便于康复人员通过上位机与上肢协调康复训练装置双向交互，进一步达到控制上肢协调康复训练装置自主执行康复训练流程的目的。
根据上述优选实施例，本实用新型专利申请还公开了上述上肢协调康复训练装置的控制系统的训练方法，上述上肢协调康复训练装置的控制系统的训练方法包括阻尼训练步骤，所述阻尼训练步骤包括以下步骤：
步骤A1：第一和第二阻尼调节阀L2、R2设定为预设位置；
步骤A2：第一和第二比例调节阀L9、R9设定为预设输出压力；
步骤A3：调节第一和第二阻尼调节阀L2、R2的节流孔的开度；
步骤A4：调节第一和第二比例调节阀L9、R9的输出压力。
优选地，在阻尼训练步骤中，还包括步骤A0，所述步骤A0位于步骤A1之前：
步骤A0：第一换向电磁阀L5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，第一排气阀L6的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第一供气切换阀L8的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第二换向电磁阀R5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，第二排气阀R6的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第二供气切换阀R8的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，模式切换电磁阀A4的阀芯设定为失电位置(中位，当前位置)。
其中，当处于阻尼训练步骤时，康复人员向右拉动第一和第二握把L4、R4(向左推动第一和第二握把L4、R4)时，气缸内的气体被迫从右至左(从左至右)通过第一和第二阻尼调节阀L2、R2的节流孔流向对侧，对第一和第二握把L4、R4的速度起到阻碍作用，康复人员感受为有一定阻力。调节第一和第二阻尼调节阀L2、R2不同的开度大小，在相同速度下阻力也不同。调节第一和第二比例调节阀L9、R9输出压力，在相同速度和第一和第二阻尼调节阀L2、R2的开度下，康复人员感受到不同的第一和第二握把L4、R4的刚度。
根据上述优选实施例，上述上肢协调康复训练装置的控制系统的训练方法还包括阻力训练步骤，所述阻力训练步骤包括以下步骤：
步骤B1：第一和第二阻尼调节阀L2、R2设定为关闭位置；
步骤B2：第一和第二比例调节阀L9、R9设定为预设输出压力；
步骤B3：调节第一和第二比例调节阀L9、R9的输出压力。
优选地，在阻力训练步骤中，还包括步骤B4，所述步骤B4位于步骤B3之后：
步骤B4：根据第一和第二气缸位移传感器L3、R3的位移数据和预设的位置及压力曲线，适时调节第一和第二比例调节阀L9、R9的输出压力，从而在每次训练周期内实现阻力动态调节。
优选地，在阻力训练步骤中，还包括步骤B0，所述步骤B0位于步骤B1之前：
步骤B0：第一排气阀L6的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第一供气切换阀L8的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第二排气阀R6的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第二供气切换阀R8的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，模式切换电磁阀A4的阀芯设定为失电位置(中位，当前位置)。
其中，当处于阻力训练步骤时，康复人员向右拉动第一和第二握把L4、R4时，第一和第二换向电磁阀L5、R5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，设定压力气体作用于气缸活塞，对于第一和第二握把L4、R4产生恒定向左的阻力，康复人员感受为恒定拉力。康复人员向左拉动第一和第二握把L4、R4时，第一和第二换向电磁阀L5、R5的阀芯设定为得电位置(右位，对向位置)，设定压力其他作用于气缸活塞，对第一和第二握把L4、R4产生恒定向右的推力，康复人员感受为恒定推力。
根据上述优选实施例，上述上肢协调康复训练装置的控制系统的训练方法还包括被动助力训练步骤，所述被动助力训练步骤包括以下步骤：
步骤C1：第一和第二阻尼调节阀L2、R2设定为关闭位置；
步骤C2：第一和第二比例调节阀L9、R9设定为预设输出压力；
步骤C3：调节第一和第二比例调节阀L9、R9的输出压力。
优选地，在被动助力训练步骤中，还包括步骤C4，所述步骤C4位于步骤C3之后：
步骤C4：根据第一和第二气缸位移传感器L3、R3的位移数据和预设的位置及压力曲线，适时调节第一和第二比例调节阀L9、R9的输出压力，从而在每次训练周期内实现阻力动态调节。
优选地，在被动助力训练步骤中，还包括步骤C0，所述步骤C0位于步骤C1之前：
步骤C0：第一排气阀L6的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第一供气切换阀L8的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第二排气阀R6的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第二供气切换阀R8的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，模式切换电磁阀A4的阀芯设定为失电位置(中位，当前位置)。
其中，当处于被动助力训练步骤时，第一和第二换向电磁阀L5、R5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，设定压力气体作用于气缸活塞右侧，对于第一和第二握把L4、R4产生恒定向左的推力，第一和第二握把L4、R4带动康复人员向左运动，康复人员感受为恒定拉力。第一和第二换向电磁阀L5、R5的阀芯设定为得电位置(右位，对向位置)，设定压力其他作用于气缸活塞左侧，对第一和第二握把L4、R4产生恒定向右的推力，第一和第二握把L4、R4带动康复人员向右运动，康复人员感受为恒定推力康复人员感受为恒定推力。
根据上述优选实施例，上述上肢协调康复训练装置的控制系统的训练方法还包括同向训练步骤，所述同向训练步骤包括以下步骤：
步骤D1：第一和第二阻尼调节阀L2、R2设定为关闭位置；
步骤D2：第一和第二比例调节阀L9、R9设定为预设输出压力；
步骤D3：通过第一换向电磁阀L5、模式切换电磁阀A4、第二换向电磁阀R5将第一执行气缸L1的气缸活塞的右侧空间与第二执行气缸R1的气缸活塞的左侧空间连通；
步骤D4：通过第一换向电磁阀L5、模式切换电磁阀A4、第二换向电磁阀R5将第一执行气缸L1的气缸活塞的左侧空间与第二执行气缸R1的气缸活塞的右侧空间连通。
优选地，在同向训练步骤中，还包括步骤D0，所述步骤D0位于步骤D1之前：
步骤D0：第一换向电磁阀L5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，第一排气阀L6的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第一供气切换阀L8的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第二换向电磁阀R5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，第二排气阀R6的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第二供气切换阀R8的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，模式切换电磁阀A4的阀芯设定为左位位置。
其中，当同向训练步骤时，康复人员任意拉动或推动第一和第二握把L4、R4，气缸活塞同步同向运动，用户感受为任意一只手推/拉握把的同时另一只手同步感受到推/拉作用，可用于偏瘫患者的健侧手自主带动患侧手进行同步同向康复训练。
根据上述优选实施例，上述上肢协调康复训练装置的控制系统的训练方法还包括异向训练步骤，所述异向训练步骤包括以下步骤：
步骤E1：第一和第二阻尼调节阀L2、R2设定为关闭位置；
步骤E2：第一和第二比例调节阀L9、R9设定为预设输出压力；
步骤E3：通过第一换向电磁阀L5、模式切换电磁阀A4、第二换向电磁阀R5将第一执行气缸L1的气缸活塞的右侧空间与第二执行气缸R1的气缸活塞的右侧空间连通；
步骤E4：通过第一换向电磁阀L5、模式切换电磁阀A4、第二换向电磁阀R5将第一执行气缸L1的气缸活塞的左侧空间与第二执行气缸R1的气缸活塞的左侧空间连通。
优选地，在异向训练步骤中，还包括步骤E0，所述步骤E0位于步骤E1之前：
步骤E0：第一换向电磁阀L5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，第一排气阀L6的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第一供气切换阀L8的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，第二换向电磁阀R5的阀芯设定为失电位置(左位，当前位置)，第二排气阀R6的阀芯设定为失电位置(下位，当前位置)，第二供气切换阀R8的阀芯设定为得电位置(上位，对向位置)，模式切换电磁阀A4的阀芯设定为左位位置。
其中，当异向训练步骤时，康复人员任意拉动或推动第一和第二握把L4、R4，气缸活塞同步异向运动，用户感受为任意一只手推/拉握把的同时另一只手同步感受到拉/推作用，可用于偏瘫患者的健侧手自主带动患侧手进行同步异向康复训练。通过调节第一和第二比例调压阀L9、R9的输出压力，康复人员感受到第一和第二握把L4、R4的同步运动刚度不同。
其中，通过检测第一和第二执行气缸L1、R1两侧的第一和第二气缸尾部压力传感器L11、R11以及第一和第二气缸头部压力传感器L12、R12。将两传感器的数值乘以气缸活塞面积，即可将计算出来的两个压力做减法，得出作用于气缸活塞的拉压方向上的阻力。再根据运动方向，减去气缸的固定摩擦阻力，即可得出作用于握把的净阻力，此净阻力即为康复人员作用于握把的作用力，同时可用于康复训练反馈和评估。
其中，第一执行气缸L1(第二执行气缸R1)的阻力计算公式为：
F＝(PL11×S1-PL12×S2)-fm；
其中，F为计算阻力，PL11为第一气缸尾部压力传感器L11的读数，S1为气缸活塞无杆端面积，PL12为第一气缸头部压力传感器L12的读数，S2为气缸活塞有杆端面积，fm为气缸固有摩擦力。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。