[发明专利]康复机器人通用运动控制装置与控制方法

说明书

本发明公开了一种康复机器人通用运动控制装置与控制方法，该控制装置包括康复机器人的主控制器、电机驱动模块、位置与速度检测模块、关节力信息采集模块、接触力信息采集模块和康复数据分析模块，所述电机驱动模块、所述位置与速度检测模块、所述关节力信息采集模块和所述接触力信息采集模块均安装在康复机器人上；其中，所述电机驱动模块连接若干个驱动康复机器人关节的关节驱动电机。有益效果在于：通过模块化总显示结构设计，提高康复机器人部件和功能的便捷扩展；可适用于单自由度、二自由度、三自由度、多自由度等不同的结构形式，对上肢、下肢、腰部等不同部位进行单关节独立训练、多关节协同训练等功能。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种康复机器人通用运动控制装置与控制方法。

背景技术

随着社会老龄化的加剧和交通事故的频发，由脑卒中、脑外伤或各种意外事故导致的残障人口迅速增长。传统的康复治疗方法存在人员消耗大、康复效果有限、难以长期坚持等问题，康复机器人将医学、信息、机械、电子、力学等多个学科技术与人体运动相结合，其标准化的运动和训练系统可以促进神经功能重塑，最终达到恢复患者运动及控制能力的目的。康复机器人的技术研究和推广应用对于补充康复医疗资源、提高患者生活质量、促进社会和谐具有重要意义。

针对上肢、下载、腰部等不同部位的应用需求，康复机器人往往具有单自由度、二自由度、三自由度、多自由度等不同的结构形式，同时在不同的康复阶段，康复机器人又具有被动牵引、主动助力、主动抗阻等不同的运动模式。针对如此多的功能和应用需求，当前的康复机器人运动控制往往针对特定几种需求进行定制化设计，系统改进或扩展需要重新设计控制装置和控制方法。现有的控制装置和控制方法存在主被动运动模式不完备、通用性差、控制方式不统一、功能单一等缺点，无法根据训练需求及训练效果进行关节扩展和多功能康复训练。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供康复机器人通用运动控制装置，本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案具有：能够通过采用多功能主被动运动控制装置与方法，通过模块化总线控制，实现机器人部件和功能的扩展，以便于患者进行单关节独立训练和夺冠揭协同训练功能的技术效果，详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的康复机器人通用运动控制装置，包括康复机器人的主控制器、电机驱动模块、位置与速度检测模块、关节力信息采集模块、接触力信息采集模块和康复数据分析模块，所述电机驱动模块、所述位置与速度检测模块、所述关节力信息采集模块和所述接触力信息采集模块均安装在康复机器人上；其中，所述电机驱动模块连接若干个驱动康复机器人关节的关节驱动电机，所述主控制器还连接有康复数据显示模块；

所述主控制器包括轨迹规划模块、运动学计算模块、动力学计算模块、示教编程模块、康复数据分析模块、功能设置模块、通讯模块和力控制模块。

作为优选，所述关节力信息采集模块包括关节转矩传感器和电机电流两种检测方式，所述综合关节转矩传感器直接测量旋转关节的转矩信息，电机电流经过电机转矩系数和减速器的减速比变换得到关节转矩信息，将两个转矩信息输入所述主控制器中，结合机器人动力学、运动学进行阻抗控制与力/位混合控制，进行不同功能模式下的力闭环计算，从而进行主被动运动控制。

作为优选，所述接触力信息采集模块为安装在康复机器人与患者接触部位之间的一维力传感器或六维力矩传感器，用于检测患者与康复机器人之间的交互力，并测量力的变化量信息；变化量信息输入主控制器中作为反馈力信息，并结合关节力信息、位置信息形成完整的闭环控制。

作为优选，所述康复数据显示模块为一个用于康复数据分析和显示的带显示屏PC机，用于记录和储存训练患者的姿体位置、方向、速度以及反馈的接触力信息，并在显示屏上显示。