[发明专利]一种康复机器人的振动反馈系统、方法及装置

说明书

本发明属于康复机器人领域，具体涉及一种康复机器人的振动反馈系统、方法及装置，包括训练反馈模块、事件信号计算模块、力矩与振动信号叠加模块。由肌力等级判定模块判定患者肌力等级；振动反馈计算模块根据肌力等级得到振动反馈等级，计算振动信号参数。事件信号计算模块根据振动事件以及振动反馈等级和振动信号参数计算出实时振动反馈信号；叠加形成总力矩控制信号，发送至电机驱动器。本发明利用设备上已有的电机提供振动反馈力，不需要额外安装振动马达；缩小了操作手柄的体积，降低了设备成本；振动信号的幅值和频率可以在较大的范围内进行调节，克服了手部感知能力受损的患者无法感受到振动的问题。

技术领域

本发明属于康复机器人领域，具体涉及一种康复机器人的振动反馈系统、方法及装置。

背景技术

目前在运动康复过程中，一般会让患者使用康复设备配合相应的游戏场景进行运动训练。部分游戏场景中需要设备提供振动反馈来提升患者与游戏场景的交互体验，从而达到更好的治疗效果。另外，对于弱视或者盲视的患者，需要提供触觉反馈来引导患者完成康复训练。目前市面上的康复产品还没有此功能。

现有的康复设备如图1所示(CN113244578A，图1、图2)，患者的手部抓住竖向手柄进行康复训练。控制器通过二维力传感器采集患者的发力来控制X向伺服电机和Y向伺服电机提供相应的助力/阻力，并通过同步带(相当于CN113244578A中的X向柔索和Y向柔索)将助力/阻力传递到竖向手柄上，进一步传递到用户手上，以达到锻炼患者上肢力量的目的。但是目前的上肢康复设备中几乎都没有提供触觉反馈的功能，对训练过程中的交互体验有一定的影响。

专利CN208673182U公开了一种振动控制手柄，通过在手柄中安装振动马达为用户提供振动反馈。这种方式需要在康复设备上安装额外的振动马达，增大了手柄的体积，同时也增加了设备成本。振动马达能够提供的振动力较小，对于手部感知能力受损的患者，可能无法感知到振动。

为了解决以上问题，本发明提出了一种提供振动反馈的装置和方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种不需要额外安装振动马达、振动反馈调节范围大的康复机器人的振动反馈系统、方法及装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种康复机器人的振动反馈系统，其特征在于，包括训练反馈模块、事件信号计算模块、力矩与振动信号叠加模块；

训练反馈模块包括肌力等级判定模块和振动反馈计算模块；由肌力等级判定模块判定患者肌力等级；振动反馈计算模块根据肌力等级得到振动反馈等级，并计算振动信号参数；

事件信号计算模块接收来自游戏的振动事件信号，根据当前用户的振动反馈等级和振动信号参数计算出实时振动反馈信号；

力矩与振动信号叠加模块接收实时力矩控制指令、实时振动反馈信号和建模误差补偿信号，将三者叠加形成总力矩控制信号，发送至电机驱动器。

实时力矩控制指令指：根据游戏场景和训练模式，机器人控制器给电机驱动器发送的不同的力矩值指令，由阻抗控制模块生成。

所述的建模误差补偿信号由建模误差补偿模块生成，建模误差补偿信号等于实时力矩控制指令减去力传感器检测到的力信号。建模误差补偿模块也集成于机器人控制器中。

事件信号计算模块中接收游戏发出的振动事件信号，振动事件信号中包括振动频率ω和持续时间T；如果在游戏中同时发生了N个振动事件，第i个振动事件的信号为F_i＝sin(ω_it) t∈[0，T_i] (2)，则实时振动事件信号为