[发明专利]一种上肢康复训练外骨骼控制方法及系统

说明书

本申请公开了一种上肢康复训练外骨骼控制方法及系统，上肢康复训练外骨骼控制方法包括：导纳控制器根据医师以及患者施加在机器人的非线性力输出机器人需位移数据后，位置控制器根据机器人需位移数据以及机器人控制力矩，使机器人跟随所述医师与患者进行相应的运动，并通过编码器获得运动轨迹；机器人使用运动轨迹对高斯混合模型进行训练后，通过计算获得运动轨迹的高斯分布的第一权重与第二权重；将非线性力简化为线性弹簧力后，将线性弹簧力转换成线性弹簧力矩阵，通过第一权重、第二权重以及线性弹簧力矩阵计算获得医师施加在机器人的第五非线性力的第三刚度后，根据第三刚度计算复现第五非线性力。

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种上肢康复训练外骨骼控制方法及系统。

背景技术

传统康复运动是医师为病人提供助力或阻力，拖动病人做康复运动。康复医学最近也开始关注实践功能性任务，也称为日常生活活动，如：开门、梳头、穿衣等。这种活动通过编程难以实现，需要通过示教的方法来完成。经研究证明，将日常生活活动作为中风康复的重点能够增加病人的独立性和提高生活质量。对于示范学习的方法，由于高斯混合模型只需较低的演示次数，就能对轨迹进行复现，因此基于高斯混合模型的学习方法特别流行。但是现有技术中使用高斯混合模型来对医师的运动轨迹进行学习，并且以往的示教只是机械臂单独对轨迹在位置上的复现。因而，针对康复机器人使用高斯混合模型学习医师的经验过程中如何对运动轨迹进行学习的同时学习医师对机器人施加的力成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种上肢康复训练外骨骼控制方法及系统，以至少通过本发明解决了使用高斯混合模型学习医师经验过程中，无法对医师的力进行学习、对力与运动轨迹再现时仍需病人参与等问题。

本发明提供了一种上肢康复训练外骨骼控制方法，包括：

机器人柔顺步骤：导纳控制器根据医师以及患者施加在机器人的非线性力输出机器人需位移数据后，位置控制器根据所述机器人需位移数据以及机器人控制力矩，使所述机器人跟随所述医师与患者进行相应的运动，并通过编码器获得运动轨迹；

权重获取步骤：所述机器人使用所述运动轨迹对高斯混合模型进行训练后，通过计算获得所述运动轨迹的高斯分布的第一权重与第二权重；

力复现步骤：将所述非线性力简化为线性弹簧力后，将所述线性弹簧力转换成线性弹簧力矩阵，通过所述第一权重、所述第二权重以及所述线性弹簧力矩阵计算获得所述医师施加在所述机器人的第五非线性力的第三刚度后，根据所述第三刚度计算复现所述第五非线性力。

上述的上肢康复训练外骨骼控制方法中，所述机器人柔顺步骤包括：

当所述医师辅助所述患者完成预设任务时，所述医师与所述患者对机器人末端的执行器施加第一非线性力，所述执行器的力传感器对所述第一非线性力进行测量，获得第二非线性力；

所述导纳控制器根据所述第二非线性力与位置控制率输出第一机器人需位移数据后，将所述第一机器人需位移数据输入到所述位置控制器，所述位置控制器根据所述机器人控制力矩，使所述机器人跟随所述医师与所述患者进行相应的第一运动；

当所述患者单独完成所述预设任务时，所述患者对所述机器人末端的所述执行器施加第三非线性力，所述执行器的所述力传感器对所述第三非线性力进行测量，获得第四非线性力；

所述导纳控制器根据所述第四非线性力与所述位置控制率输出第二机器人需位移数据后，将所述第二机器人需位移数据输入到所述位置控制器，所述位置控制器根据所述机器人控制力矩，使所述机器人跟随所述患者进行相应的第二运动。

上述的上肢康复训练外骨骼控制方法中，所述机器人柔顺步骤还包括：

所述机器人根据所述第一运动，通过所述编码器获得第一运动轨迹，并通过轨迹规划部分存储所述第一运动轨迹；