[发明专利]一种欠驱动上肢康复机器人控制系统

说明书

本发明属于医疗康复设备领域，并公开了一种欠驱动上肢康复机器人控制系统，包括微型计算机和分别与所述微型计算机连接的电源分配模块、数据采集模块和运动控制模块，所述数据采集模块包括眼动仪、图像采集卡、关节力矩传感器、六维力传感器、握力传感器、位移传感器、肌电电极、拉力传感器与数据采集卡，所述运动控制模块包括运动控制卡、限位开关、急停开关、伺服电机、电磁离合器和关节编码器。本发明采用欠驱动结构，减少了驱动器数量，并将驱动器后置，使整个康复机器人的执行机构轻便灵活，能完成复杂的动作。

技术领域

本发明属于医疗康复设备领域，更具体地，涉及一种欠驱动上肢康复机器人控制系统。

背景技术

人类的上肢以其强大的运动能力在日常生活中的各种操作任务中起到了不可替代的作用，然而由中风或脊髓损伤造成的运动神经损伤可能导致上肢运动功能障碍，这些运动功能障碍的患者往往生活难以自理，给患者及其家属的身心造成极大的打击，对社会的发展也带了沉重的压力与负担。

传统的上肢康复训练是由康复治疗师一对一进行的，这种训练方法时间长，效率低，训练强度与精度难以保证，整个康复过程患者的参与度低，缺乏趣味性。而在上肢康复训练中引入康复机器人技术不仅可以将康复治疗师从繁重的康复训练中解放出来，还能针对不同患者采用不同的训练方法与训练强度，并将康复相关的数据记录下来供康复治疗师或医生分析。

目前已知的上肢康复机器人有以下缺点：1)、绝大多数采用关节驱动的控制模式，控制难度高，机构笨重不灵活；2)、训练方法单一，只能针对某一特定康复期的患者；3)、人机接口单一，不能有效识别患者意图，患者的自主度与参与度低；4)、智能化程度低，无法客观记录或只能部分记录患者康复过程中的相关数据。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种训练模式丰富、智能化程度高、具有多种人机接口的欠驱动上肢康复机器人的控制系统。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种欠驱动上肢康复机器人控制系统，其包括微型计算机和分别与所述微型计算机连接的电源分配模块、数据采集模块和运动控制模块，其中，所述电源分配模块用于将市电转化成所述数据采集模块、运动控制模块与微型计算机所需的电压；所述数据采集模块用于采集体现人体运动意图的相关数据传递给所述微型计算机，该微型计算机处理所述相关数据并识别人的运动意图，再将运动意图输出为运动数据传递给所述运动控制模块；所述运动控制模块的动力输出至康复机器人，该康复机器人通过绑带与患者固定，按规划的轨迹或跟随人的运动意图运动，从而实现康复运动；其特征在于，

所述数据采集模块包括眼动仪、图像采集卡、关节力矩传感器、六维力传感器、握力传感器、位移传感器、肌电电极、拉力传感器与数据采集卡，其中，

所述眼动仪由患者佩戴于头部，实时监测患者瞳孔位置，并将图像数据通过所述图像采集卡经USB传输至所述微型计算机；

所述关节力矩传感器安装于所述康复机器人的机体肘关节与肩关节处，经所述数据采集卡将关节力矩数据传输至所述微型计算机；

所述六维力传感器安装于所述康复机器人的机体手柄根部，经所述数据采集卡将手柄处六维力/力矩数据传输至所述微型计算机；

所述握力传感器安装于所述康复机器人的机体的手柄内，经所述数据采集卡将患者握力数据传输至所述微型计算机；

所述位移传感器安装与所述康复机器人的前臂与手腕之间，经所述数据采集卡将前臂与手腕间自由伸缩的距离数据传输至所述微型计算机；

所述肌电电极贴附在患者指定肌肉皮肤表面，经所述数据采集卡将患者指定肌肉的表面肌电信号数据传输至所述微型计算机；

所述拉力传感器安装于所述康复机器人的机体钢丝绳动力输出处，经所述数据采集卡将钢丝绳拉力数据传输至所述微型计算机；