[发明专利]上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统

说明书

本发明提供了一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统；其中，该方法包括：通过力传感器获取用户发出的施力信号；根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。本发明可以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使机械结构的运动与用户的运动意图匹配程度更高，进而使用户使用上述上肢外骨骼系统进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高了用户的体验度。

技术领域

本发明涉及助力外骨骼技术领域，尤其是涉及一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统。

背景技术

现有的上肢助力外骨骼系统，在用于上肢康复时，大多采用预先设定各个关节的位置曲线，驱动各个关节运动，进而带动用户上肢进行被动训练，用户只能被动跟随上肢外骨骼进行伸展运动，康复效果较差；上述上肢助力外骨骼系统在用于上肢助力时，大多采用关节力矩传感器或肌电传感器进行采集用户的运动意图与运动幅值等相关数据，这些传感器采集的信号易受外界干扰，很难精确估计用户施加力并补偿系统重力和摩擦力，导致上肢助力外骨骼系统力感较差，用户体验度较差。

针对现有的上肢助力外骨骼系统力感较差，导致用户体验度较差的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种上肢助力外骨骼的控制方法、装置和上肢助力外骨骼系统，以使上肢外骨骼系统准确地感知用户的运动意图，使用户进行助力或康复训练时，力的平滑度更好，从而提高用户的体验度。

第一方面，本发明实施例提供了一种上肢助力外骨骼的控制方法，方法由上肢助力外骨骼系统的中控模块执行，上肢助力外骨骼系统包括中控模块、力传感器、电机和机械结构；力传感器和电机分别与中控模块连接；力传感器和电机设置于机械结构上；电机用于控制机械结构运动；方法包括：通过力传感器获取用户发出的施力信号；根据施力信号，生成电机的驱动信号；其中，驱动信号包括机械结构的速度信号和位置信号；根据驱动信号，驱动电机控制机械结构运动，以使机械结构带动外部的负载运动；在机械结构运动过程中，接收机械结构的反馈信号，根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号和/或驱动信号相匹配。

结合第一方面，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，上述根据施力信号，生成电机的驱动信号的步骤，包括：将施力信号分解至多个电机对应的各个方向上；其中，施力信号包括用户发出的握力或握力矩的大小和方向；根据分解后的各个方向上的施力信号，生成相应的电机的驱动信号。

结合第一方面，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，上述机械结构上还设置有位置传感器；位置传感器与中控模块连接；接收机械结构的反馈信号的步骤，包括：通过力传感器获取握力点的受力反馈信号；通过位置传感器获取负载的位置反馈信号。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，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，上述根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与施力信号相匹配的步骤，包括：当施力信号逐渐增加时，增大驱动信号中的速度信号和位置信号的增量；当施力信号逐渐减少时，减少驱动信号中的速度信号和位置信号的增量；当施力信号为零时，设置驱动信号中的速度信号为零。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，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，上述根据反馈信号实时调整驱动信号，直至反馈信号与驱动信号相匹配的步骤，包括：计算获得位置反馈信号与驱动信号的差值；根据差值调整驱动信号，直至负载的位置反馈信号与驱动信号相同。