[发明专利]上肢康复机器人控制系统

说明书

本发明涉及一种上肢康复机器人控制系统，上位机通过蓝牙/WIFI发送指令给MCU模块，MCU模块根据指令选择不同的训练模式；语音模块对非特定语音进行识别，采集并处理语音信号，利用SPI通讯协议传输至MCU模块，控制驱动模块驱动电机运转，完成训练动作；肌电控制模块对患者的健侧进行肌电采集，提取和处理肌电信号，分析处理后，将患者健侧的动作映射机械臂，实现运动意图识别，达到功能补偿和控制的效果。本发明采用了多种人机交互方式，能够更好的达到针对性康复训练的效果，使用时能够精确定位患者上肢的各个关节，避免错位的练习引起组织损伤和肌肉拉伤。本发明的控制系统体积小，使用方便，训练效果好，制造成本低。

技术领域

本发明涉及一种医疗康复机器人，具体涉及一种上肢康复机器人控制系统及方法。

背景技术

根据《中国心血管病报告2017》报告显示，我国脑卒中患者已达到1300万，并且脑卒中发生率正以每年8.7％的增速增长。脑卒中患者发病后通常会留下许多后遗症，其中，约85％的患者伴有一侧上肢功能障碍，现有的医学理论和实践数据证明，正确、科学、合理的康复训练对于肢体运动功能的恢复起到十分重要的作用。

传统治疗方式主要依靠医护人员对患者进行一对一的辅助训练，这种训练模式耗时耗力，且缺乏量化和客观评价。随着机器人技术的不断发展，人工智能科技的不断创新，将机器人技术与医学理论相结合，为康复治疗提供了新的途径。康复机器人不仅能有效的减轻医护人员的负担，长期、稳定、客观地辅助患者进行康复训练，而且还可提供多种准确的康复训练量化数据，便于医护人员根据这些反馈数据为病患制定更合理的训练计划。

目前国内针对外骨骼式上肢康复机器人的控制方式比较单一，人机交互性差。国内哈尔滨工业大学的5个电机驱动的5－DOF上肢外骨骼康复训练器、控制电路通过角度测量等传感器实现机器人运动模态控制和机器人位姿控制，利用健侧手臂运动时的肌电信号来驱动电机。而本设计的一种上肢康复机器人控制方法，利用3个电机实现5种模式下7-DOF的复合运动训练，利用多传感器融合技术，能够在训练过程中提供多种形式的反馈信息，充分发挥患者的主观能动性，并且根据患者状态给予暗示或者建议等，使康复效果得到很大的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有康复机器人训练模式单一，康复效果不佳，人机交互性差等问题，提出了一种上肢康复机器人控制系统，该系统能够实现5种模式下7-DOF(3个驱动自由度，4个非驱动自由度)的复合运动训练，能够满足不同肌力患者的需求，患者可以通过上位机、语音控制来选择不同的训练模式，允许病人在不同阶段，不同场所不依靠专业医师的情况下，自主进行训练并辅助日常生活，满足患者多方面的实际需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种上肢康复机器人控制系统，包括上位机、轨迹控制模块、肌电控制模块、语音控制模块、MCU模块、安全检测模块、动力驱动模块和训练机构；

所述上位机，用于选择不同的训练模式，通过蓝牙/WIFI发送指令信号给MCU模块；

所述语音控制模块，用于对非特定语音进行识别，采集并处理语音信号，并利用SPI通讯协议传输至MCU模块；

所述肌电控制模块采集健侧手臂运动时的肌电信号和轨迹控制模块(3)根据不同的轨迹产生的位置信号，并分别通过canopen通讯协议传输至MCU模块(5)；

所述轨迹控制模块,用于控制训练机构实现已定义轨迹及自定义轨迹运动进行康复训练，已定义轨迹采用预先存储在数据存储SD卡中的轨迹数据，自定义轨迹是医生根据患者的特殊情况，制定的适合患者的运动轨迹；

所述动力驱动模块，包括三组带有伺服驱动系统的伺服电机，分别用以驱动训练器机构中外骨骼的肩关节和肘关节运动；

所述安全检测模块，用于采集传输训练机构使用过程中患者的运动信息和生理信息以及训练机构的作用力，同时形成反馈予以输出给MCU模块；