[发明专利]一种上下肢康复训练器的控制方法

权利要求书

1.一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于包括如下步骤：控制器根据康复训练器反馈的电机电流实时计算使用者的肌肉力量，判断使用者的行为状态，输出不同行为状态下的电机转矩给电机，控制康复训练器运转从而实现对使用者的肢体康复训练。

2.根据权利要求1所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述电机为上肢电机或下肢电机。

3.根据权利要求1所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述控制器根据康复训练器反馈的电机电流实时计算使用者的肌肉力量，包括：

当使用者使用上下肢康复训练器进行被动训练时，若速度不发生突变，则满足：

T_user+T_motor＝T_f (1)

其中，T_user为患者提供的推力,可按照上述公式推算其大小的相对变化以及具体值；T_f为电机轴的机械摩擦带来的阻力，是定值，通过训练器空载试验测量具体数值；T_motor为电机输出力矩，受到控制器的控制，可实时调节，可通过电流判断。

4.根据权利要求1所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述使用者的行为状态包括：被动模式、被动模式→主动模式过渡、主动模式、主动模式→被动模式过渡，形成状态切换的循环。

5.根据权利要求4所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述被动模式下，当患者的肌肉力量很低，不足以支持肢体的运动时，T_user为负数，表示患者对踏板的运动产生阻力；此时，控制器检测到使用者对踏板产生阻力，提升电机上的输出转矩T_motor，使得式(1)依然成立，踏板速度不发生突变。

6.根据权利要求4所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述被动模式→主动模式过渡过程中，当患者的肌肉力量较强，足以提供支持肢体运动的力量，T_user为正数；此时，使用者对踏板的运动产生助力，控制器相应减小电机输出转矩T_motor，直到输出转矩T_motor＜0使得式(1)依然成立。

7.根据权利要求4所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述主动模式下，输出转矩T_motor＜0，控制器控制电机输出转矩仍然减小，电机输出的转矩对踏板的运动产生阻力；这种情况下使用者会感受到踏板阻碍肢体的运动，为了防止阻力过大，对患者造成伤害，设定阻力的上限T_limit，使得：-T_motor≤T_limit。

8.根据权利要求7所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述主动模式下还包括使用者自行调节阻力：

若患者的力量继续增加，由于电机的输出阻力最大为T_limit，

T_user+T_limit＞T_f

此时踏板速度取决于患者的踏动速度，处于主动模式时，T_limit即为患者感受到的阻力，该阻力可由使用者自行调节。

9.根据权利要求4所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述主动模式→被动模式过渡过程中，患者的力量下降，导致：

T_user+T_motor＜T_f

此时，由于电机提供阻力转矩，踏板速度下降，为防止踏板速度突变，产生式振动，需要对T_motor进行控制，使得踏板速度平滑下降。

10.根据权利要求4所述的一种上下肢康复训练器的控制方法，其特征在于所述使得踏板速度平滑下降是通过如下步骤实现的：

设定一段时间[t₁，t₂]之内，踏板要达到的角速度与时间的关系，使得踏板速度平稳下降：ω(t₂)-ω(t₁)＝J(T_user+T_motor-T_f)，其中，J为踏板的转动惯量；

已知期望的速度变化曲线和用户的推力T_user，并且用户的推力不足以推动踏板的运动，则通过控制器调整T_motor，使得踏板的速度按照期望缓慢下降，直至重新切换到被动模式，实现转矩平滑。