[发明专利]一种康复机器人等速运动控制方法及系统

权利要求书

1.一种康复机器人等速运动控制方法，其特征在于，包括：

获取患者施加到机器人关节上的实际力矩；其中，所述获取患者施加到机器人关节上的实际力矩，具体为：

通过关节电机码盘，获取机器人关节的运动状态；

通过关节力矩传感器，获取机器人关节实际受到的和力矩；

根据机器人关节的运动状态，基于机器人动力学模型，求解出机器人关节所受的关节电机的驱动力矩；

从所述和力矩中减去关节电机的驱动力矩，分离出患者施加到机器人关节上的实际力矩；其中，所述关节力矩传感器，安装在关节电机和机器人关节之间；

对所述实际力矩进行有效截断；其中，所述对所述实际力矩进行有效截断，

具体为：

设置有效截断力矩；

当患者施加到机器人关节上的实际力矩的绝对值大于或等于有效截断力矩时，截断后的力矩等于有效力矩；

当患者施加到机器人关节上的实际力矩的绝对值小于有效截断力矩时，不发生截断；其中，有效力矩的大小根据患者的肌力情况确定；

将截断后的力矩输入到导纳模型中，导纳模型计算后输出等速位置曲线；

通过所述等速位置曲线对机器人关节进行位置控制；

通过调节导纳模型中的导纳参数实现不同运动速度的等速康复运动，其中，所述导纳参数至少包括：惯性参数、阻尼参数、刚度参数，优化所述导纳参数的步骤，具体为：

初始化惯性参数和阻尼参数，通过观察不同刚度参数下，机器人关节的运动速度时间变化图，选择系统柔顺性最好时所对应的刚度参数；

将系统柔顺性最好时的刚度参数，及初始化的惯性参数输入到导纳模型，通过设置不同的阻尼参数，获取不同的运动速度时间变化曲线；

选择理想的运动速度时间变化曲线所对应的阻尼参数，及系统柔顺性最好时的刚度参数输入到导纳模型，通过设置不同的惯性参数，获取不同的运动速度时间变化曲线；

通过观察所述运动速度时间变化曲线，选择理解的系统速度响应时间和系统柔顺性时所对应的惯性参数。

2.一种康复机器人等速运动控制系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取患者施加到机器人关节上的实际力矩；其中，所述获取患者施加到机器人关节上的实际力矩，具体为：

通过关节电机码盘，获取机器人关节的运动状态；

通过关节力矩传感器，获取机器人关节实际受到的和力矩；

根据机器人关节的运动状态，基于机器人动力学模型，求解出机器人关节所受的关节电机的驱动力矩；

从所述和力矩中减去关节电机的驱动力矩，分离出患者施加到机器人关节上的实际力矩；其中，所述关节力矩传感器，安装在关节电机和机器人关节之间；

截断模块，用于对所述实际力矩进行有效截断；其中，所述对所述实际力矩进行有效截断，具体为：

设置有效截断力矩；

当患者施加到机器人关节上的实际力矩的绝对值大于或等于有效截断力矩时，截断后的力矩等于有效力矩；

当患者施加到机器人关节上的实际力矩的绝对值小于有效截断力矩时，不发生截断；其中，有效力矩的大小根据患者的肌力情况确定；

输入模块，用于将截断后的力矩输入到导纳模型中，导纳模型计算后输出等速位置曲线；

控制模块，用于通过所述等速位置曲线对机器人关节进行位置控制；

调节模块，用于通过调节导纳模型中的导纳参数实现不同运动速度的等速康复运动，其中，所述导纳参数至少包括：惯性参数、阻尼参数、刚度参数，优化所述导纳参数的步骤，具体为：

初始化惯性参数和阻尼参数，通过观察不同刚度参数下，机器人关节的运动速度时间变化图，选择系统柔顺性最好时所对应的刚度参数；

将系统柔顺性最好时的刚度参数，及初始化的惯性参数输入到导纳模型，通过设置不同的阻尼参数，获取不同的运动速度时间变化曲线；

选择理想的运动速度时间变化曲线所对应的阻尼参数，及系统柔顺性最好时的刚度参数输入到导纳模型，通过设置不同的惯性参数，获取不同的运动速度时间变化曲线；

通过观察所述运动速度时间变化曲线，选择理解的系统速度响应时间和系统柔顺性时所对应的惯性参数。

3.一种康复机器人等速运动控制系统，其特征在于，包括：

处理器，

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：

获取患者施加到机器人关节上的实际力矩；其中，所述获取患者施加到机器人关节上的实际力矩，具体为：

通过关节电机码盘，获取机器人关节的运动状态；

通过关节力矩传感器，获取机器人关节实际受到的和力矩；

根据机器人关节的运动状态，基于机器人动力学模型，求解出机器人关节所受的关节电机的驱动力矩；

从所述和力矩中减去关节电机的驱动力矩，分离出患者施加到机器人关节上的实际力矩；其中，所述关节力矩传感器，安装在关节电机和机器人关节之对所述实际力矩进行有效截断；其中，所述对所述实际力矩进行有效截断，

具体为：

设置有效截断力矩；

当患者施加到机器人关节上的实际力矩的绝对值大于或等于有效截断力矩时，截断后的力矩等于有效力矩；

当患者施加到机器人关节上的实际力矩的绝对值小于有效截断力矩时，不发生截断；其中，有效力矩的大小根据患者的肌力情况确定；

将截断后的力矩输入到导纳模型中，导纳模型计算后输出等速位置曲线；

通过所述等速位置曲线对机器人关节进行位置控制；

通过调节导纳模型中的导纳参数实现不同运动速度的等速康复运动，其中，所述导纳参数至少包括：惯性参数、阻尼参数、刚度参数，优化所述导纳参数的步骤，具体为：

初始化惯性参数和阻尼参数，通过观察不同刚度参数下，机器人关节的运动速度时间变化图，选择系统柔顺性最好时所对应的刚度参数；

将系统柔顺性最好时的刚度参数，及初始化的惯性参数输入到导纳模型，通过设置不同的阻尼参数，获取不同的运动速度时间变化曲线；

选择理想的运动速度时间变化曲线所对应的阻尼参数，及系统柔顺性最好时的刚度参数输入到导纳模型，通过设置不同的惯性参数，获取不同的运动速度时间变化曲线；

通过观察所述运动速度时间变化曲线，选择理解的系统速度响应时间和系统柔顺性时所对应的惯性参数。