[发明专利]一种柔性驱动的手功能康复机器人控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种柔性驱动的手功能康复机器人控制系统，包括相互之间通过电信号连接的康复手套(1)、鲍登线传动机构(2)、电控单元(3)、肌电人机接口单元(4)、脑电人机接口单元(5)、康复训练软件(6)和电机驱动单元(7)，实现手指的运动位置控制和抓握力柔顺控制，各部件相互配合完成设定的被动训练和交互训练任务，具有远程指导在线训练和离线训练功能。与现有技术相比，本发明具有精度高、响应快、良好的鲁棒性等优点。

技术领域

本发明涉及手指康复机器人控制技术领域，尤其是涉及一种柔性驱动的手功能康复机器人控制系统及控制方法。

背景技术

已面市的手部训练设备如CPM机，虽然可进行单关节训练，但结构相对复杂，系统体积和重量都非常大，操作不方便。除了已面市的产品，更多处于实验室研究阶段。除CPM机外，还有一类主动重复运动型手部康复机器人，用于已达一定肌力水平的患者康复训练，这类机器人一般都具有反馈系统，患者可有意识地参与或一定程度地控制机器人的运动达到更好的康复效果。比如手部运动辅助康复机器人，由电机驱动，可对手部和腕部进行训练，但训练时人手需要置于固定位置，不方便移动；或是数据反馈手套，由气缸驱动，并有弯曲传感器用于检测手指弯曲的角度，但由于气缸在手掌内，运动过程极大地限制了手指的运动范围；再或是手指康复器是单个手指康复装置，训练每个手指的模块都是独立的，可以使人手得到更精确的运动训练，但手指完全包覆于机械结构内，存在很大的安全隐患；现有技术中有研究将驱动手部康复机器人采用肌电控制，但是该系统只能实现食指的运动训练；同时也有气动手功能康复机器人采用欠驱动结构设计，选用了质轻的材料制作，采用肌电控制。

目前手功能康复机器人控制系统及产品发展缓慢，原因分析如下：

一、手指结构精细而且复杂，其高自由度以及灵活度的特点给康复训练机构设计带来了很大的困难；

二、因缺少机械结构，导致运动传递不准确、控制难度高、精度低、响应慢、鲁棒性差；

三、缺乏对患者手指关节力矩、角度、速度的精确实时控制，无法精确反馈手功能康复机器人训练过程中的力和位置信息；

四、人的手指又是比较容易受伤的部位，如何避免患者在训练过程中受二次伤害也是康复训练设计中的一大难点；

五、康复训练系统中缺乏评估系统来评价康复训练与康复效果之间的关系，这又对进一步研究和制定有效的康复治疗计划，正确的估计预后带来了困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的成本高、机械结构复杂、控制难度高、精度低、响应慢、鲁棒性差、缺少交互训练、缺少远程指导的缺陷而提供一种柔性驱动的手功能康复机器人控制系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性驱动的手功能康复机器人控制系统，包括相互之间通过电信号连接的康复手套、鲍登线传动机构、电控单元、肌电人机接口单元、脑电人机接口单元、康复训练软件和电机驱动单元，实现手指的运动位置控制和抓握力柔顺控制，各部件相互配合完成设定的被动训练和交互训练任务，具有远程指导在线训练和离线训练功能；

所述康复手套由手套本体、指尖固定模块和掌背固定模块组成，所述指尖固定模块固定鲍登线传动机构的鲍登线，所述掌背固定模块固定鲍登线传动机构的鲍登线管；

所述鲍登线传动机构由圆盘传动机构和鲍登线牵引装置组成，所述鲍登线牵引装置的一端固定在电机驱动单元的直流减速电机上，另外一端固定在康复手套上。其中，所述直流减速电机具体为带编码器的直流减速电机，反馈电机的位置和速度，形成速度位置双闭环控制，带动手指的屈曲和伸展；