[发明专利]一种实现下肢机器人与减重车协同运动的控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种实现下肢机器人与减重车协同运动的控制系统及方法，属于医疗器械领域，包括用于实现下肢机器人与减重车协同运动控制的控制器；所述的控制器包括距离信息采集模块、步态信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块，由控制器分析下肢机器人步态信息并驱动减重车直线跟随下肢机器人，通过控制器将距离信息转化为实时速度以调节减重车的运动状态。本发明实时获取下肢机器人的步态信息并发送给减重车控制器，同时辅助距离传感器实时反馈减重车与患者的运动状态形成控制闭环，保证了整个跟随控制系统的同步性和精确性。

技术领域

本发明涉及一种实现下肢机器人与减重车协同运动的控制系统及方法，属于医疗器械领域。

背景技术

在临床上的各种患者（如脑卒中、脊髓损伤、骨折术后等引起的下肢运动功能障碍的恢复期患者）的下肢康复期，需要辅助设备进行减重支撑的辅助设备。目前在临床上没有太多的训练设备，而且康复需求不断扩大，然而专业康复人员缺乏；一对一模式人力成本高且耗时费力。为解决这些康复训练过程中出现的问题，急需安全、定量、有效及可进行重复训练的新技术。

康复减重步行训练车（下简称减重车）是通过减重支持帮助下肢运动功能障碍的患者进行步行训练的系统，该系统具有动态减重功能。在临床患者康复中期，当患者下肢恢复一定的活动能力，但仍无法支撑身体落地进行独立行走时，需要减重车对身体进行支撑减重，辅助患者实现落地行走的恢复性训练。然而，仅仅通过减重仍然无法使患者进行落地行走训练，有必要提供一种将下肢康复机器人与减重车结合起来并实现下肢康复机器人与减重车的同步运动的控制系统。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种实现下肢机器人与减重车协同运动的控制系统及方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种实现下肢机器人与减重车协同运动的控制系统，包括用于实现下肢机器人与减重车协同运动控制的控制器；所述的控制器包括距离信息采集模块、步态信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块；

所述的步态信息采集模块，用于接收下肢机器人发送的步态信息，得出当前下肢机器人是否起步、步长以及步态周期；

所述的距离信息采集模块，用于接收距离传感器采集的减重车与下肢机器人左腿、右腿之间距离的实时距离测量值；

所述的速度控制模块，在下肢机器人起步时根据下肢机器人的步态信息计算出减重车的速度并将速度信息发送至电机驱动模块；在减重车运动过程中，速度控制模块根据距离传感器采集的实时距离测量值计算下肢机器人左腿、右腿的实时行走速度，得到实时减重车速度修正值并将实时减重车速度修正值发送至电机驱动模块；

在下肢机器人起步时电机驱动模块接收减重车速度信息并驱动减重车开始行驶；在减重车运动过程中，电机驱动模块接收实时减重车速度修正值并通过控制电机使减重车以实时减重车速度修正值行驶。

下肢机器人与控制器通过CAN总线连接。在下肢机器人起步时，速度控制模块根据步态信息采集模块接收并解析的步态信息（例如下肢机器人的步长L、步态周期T）计算出减重车的速度S=L/T（例如接收的CAN数据帧为跨步信息，步长330cm，步态周期3s，那么其初始速度为0.11m/s），使电机驱动模块驱动减重车以S的初始速度行驶。控制器每隔10ms接收一次距离信息和步态信息。减重车始终跟随下肢机器人，即下肢机器人不动，减重车也不动；当下肢机器人开始行走，则减重车从停车状态变成以S的初始速度行驶。

每条腿配置传感器两个，用来交叉检测纠错以及提高精度。在行走过程中，下肢机器人和患者迈不同步，两侧腿部实际速度不同，迈步腿的速度快，另一侧腿部的速度慢。

在减重车运动过程中，距离信息采集模块读取并保存上一时刻各距离传感器的距离测量值[last_d1, last_d2, last_d3, last_d4]，读取当前时刻各距离传感器的距离测量值[act_d1, act_d2, act_d3, act_d4]；