[发明专利]平面康复镜像机器人控制系统及训练模式实现方法

说明书

本发明涉及一种平面康复镜像机器人控制系统及训练模式实现方法，包括机器人控制模块、镜像控制模块、工控机和树莓派；所述机器人控制模块采集机器人力和运动数据送树莓派，树莓派转换数据后送工控机，镜像控制模块捕捉机器人运动数据送工控机，工控机控制机器人控制模块和镜像控制模块在设定的训练模式下协调工作。将上肢平面康复机器人与镜像装置结合在一起，解决了传统镜像疗法无牵引装置、平面机器人无法有效刺激运动神经元的难题，在患者进行镜像疗法的同时，通过平面机器人的牵引带动患者运动。将力觉刺激和视觉刺激相结合，有效提升患者的康复效率和效果。

技术领域

本发明涉及一种医疗康复设备技术，特别涉及一种平面康复镜像机器人控制系统及训练模式实现方法。

背景技术

随着中国人口老龄化的不断加剧，以及当代社会“三高”人群的增长，脑中枢神经系统疾病的患者越来越多。为弥补相关康复理疗师的从业人员数量不足，越来越多的康复医疗器械被投入使用。平面康复机器人因具有结构简单、体积小、成本低、稳定性强等优点，在康复临床上被广泛地投入使用；此外，近几年出现的镜像疗法也在脑中枢神经损害病人的肢体功能障碍康复中有着显著的疗效。将镜像疗法和机器人相结合的康复方式已经应用在临床上，但是目前尚没有将镜像疗法和平面机器人相结合的产品问世。

目前已有的上肢康复机器人骨骼式的上肢机器人系统，多关节设计，控制难度高，控制箱笨重，机械复杂不灵活，安全性能有待提高；控制模式单一，不能有效覆盖全周期的康复患者，尤其针对早期患者，尚没有将(非)实时镜像和机器人组合应用。患者无法积极主动参与其中，不能有效调动患侧的残余肢体力。同时不能科学合理的记录运动数据及评估患者康复效果。

发明内容

针对上肢康复机器人现在存在的问题，提出了一种平面康复镜像机器人控制系统及训练模式实现方法，训练模式丰富，采用镜像装置和平面机器人相结合，将力觉和视觉相结合，提高康复效率。

本发明的技术方案为：一种平面康复镜像机器人控制系统，包括机器人控制模块、镜像控制模块、工控机和树莓派；所述机器人控制模块采集机器人力和运动数据送树莓派，树莓派转换数据后送工控机，镜像控制模块捕捉机器人运动数据送工控机，工控机控制机器人控制模块和镜像控制模块在设定的训练模式下协调工作。

优选的，所述机器人控制模块包括数据采集模块、运动控制模块和安全保护模块；

所述数据采集模块包括二维力传感器及其采集放大器，二维力传感器安装在机械臂末端，采集放大器安装在控制箱中，二维力传感器采集的患者和机械臂手柄处的平面接触力通过采集放大器变成模拟量传输到树莓派，再通过TCP/IP传输到工控机，并存储在工控机内的数据库中供数据评估或处理；

所述运动控制模块包括伺服电机及其驱动器，2路电机分别安装在机械臂基座上和中间关节上，对应的伺服驱动器安装在控制箱中，关节运动速度及位置信息经绝对编码器传输到树莓派,再通过TCP/IP传输到工控机，并存储在工控机内的数据库中供数据评估或处理；

所述安全保护模块包括限位开关、急停开关，所述限位开关安装在机械臂的运动极限位置，所述急停开关安装在控制箱外壳两侧上，用于在紧急情况下切断开关电源。

优选的，所述镜像控制模块包括视频采集模块、人机交互模块；

所述视频采集模块包括相机，相机安装在显示器上方，用于采集健侧带动数据采集器或机器人运动的轨迹视频；

所述人机交互模块包括显示器及触摸屏，显示器作为人机交互界面，通过HDMI接口和所述工控机相连，触摸屏用于直接触摸操作，实现显示器的分屏，显示提供给用户的训练模式。

优选的，所述工控机中包括任务分配模块、运动控制模块、数据管理模块、逻辑处理模块、人机交互模块和接口通讯模块；

所述任务分配模块对运动控制模块、数据管理模块、人机交互模块和接口通讯模块进行任务分配；