上肢康復機器人的控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領域，具體涉及用于醫(yī)療或康復的機器人的控制方法，即一種上肢康復機器人的控制方法。
【背景技術】
[0002]目前由中風、頭部傷害或者脊髓手術導致的損傷經(jīng)常導致病人多個肌肉群運動功能的受損。神經(jīng)重塑行理論已經(jīng)證明重復運動和康復訓練能使病人重新恢復部分或者大部分運動功能。重復性訓練十分枯燥，并且對于治療師來說是勞動密集及無效率的工作，對于治療師來說，重復的對病人進行訓練是非?？菰铮邚姸群偷托У?，因為治療師只對病人進行治療，協(xié)助病人進行全方位的康復訓練。
[0003]綜上所述，現(xiàn)有技術中存在以下問題:難以通過醫(yī)療器械對康復訓練或教學提供有效的控制方法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供一種上肢康復機器人的控制方法，以通過醫(yī)療器械對康復訓練或教學提供有效的控制。
[0005]為此，本發(fā)明提出一種上肢康復機器人的控制方法，所述上肢康復機器人包括:
[0006]能上下垂直移動并能繞軸中心線轉動的升降主軸24，所述升降主軸24垂直水平面設置；
[0007]能沿水平方向伸縮的伸縮臂23，垂直連接所述升降主軸24 ；
[0008]能在水平面內轉動的手托裝置25，鉸接在所述伸縮臂23上；
[0009]升降電機59，連接所述升降主軸24并驅動所述升降主軸24上下垂直移動；
[0010]旋轉電機57，連接所述升降主軸24并驅動所述升降主軸24轉動；
[0011]伸縮電機56，連接所述伸縮臂23并驅動所述伸縮臂23伸縮；
[0012]位置傳感器，連接所述手托裝置25 ；
[0013]多維的力傳感器，連接在所述伸縮臂與手托裝置25之間，感受來自所述手托裝置25對所述伸縮臂施加的作用力；
[0014]控制器，連接所述升降電機59、旋轉電機57、所述伸縮電機56、位置傳感器、和所述多維的力傳感器；
[0015]所述控制方法包括:
[0016]預先向控制器輸入設定的伸縮臂23的運動參數(shù)和操作模式；
[0017]根據(jù)具體工作情況，選擇適用的伸縮臂23的運動參數(shù)和操作模式；
[0018]控制器按照選擇的運動參數(shù)控制所述伸縮臂23的移動；
[0019]所述力傳感器在所述伸縮臂23的移動過程中向所述控制器反饋位于所述伸縮臂的手托裝置25上的實驗體對所述伸縮臂23施加的作用力；
[0020]所述控制器按照選擇的操作模式?jīng)Q定是否根據(jù)所述力傳感器的反饋而調整設定的運動參數(shù)。
[0021]進一步地，所述操作模式包括:A.被動模式，所述伸縮臂只按選擇的運動參數(shù)帶動位于伸縮臂上的實驗體運動，所述控制器不根據(jù)力傳感器的反饋調整設定的運動參數(shù)。
[0022]進一步地，所述操作模式還包括:B.主動模式，所述控制器根據(jù)力傳感器的反饋調整設定的運動參數(shù)，所述控制器在所述伸縮臂23的移動過程中保持對所述伸縮臂施加設定的作用力，所述實驗體對所述伸縮臂23作用力大于所述控制器對所述伸縮臂施加設定的作用力。
[0023]進一步地，所述操作模式還包括:助動模式，所述實驗體沿其運動方向對所述伸縮臂23施加正向的作用力，所述控制器根據(jù)力傳感器的反饋判斷所述實驗體的運動方向，并且所述控制器還驅動所述伸縮臂23按照運動參數(shù)設定的路徑運動。
[0024]進一步地，所述操作模式還包括:抗阻模式，所述實驗體沿其運動方向對所述伸縮臂23施加正向的作用力，所述控制器根據(jù)力傳感器的反饋判斷所述實驗體的運動方向，并且所述控制器驅動所述伸縮臂23按照與所述實驗體的相反運動方向運動，所述伸縮臂23的綜合運動結果為:所述實驗體沿其運動方向對所述伸縮臂23施加正向的作用力的過程中受到控制器對所述伸縮臂23施加的阻力，并且所述實驗體的正向的作用力克服上述阻力，使得所述實驗體仍然沿其運動方向運動。
[0025]進一步地，所述操作模式還包括:擾動模式，所述控制器在所述伸縮臂23的移動過程中提供一次或多次的隨機的擾亂，使所述實驗體在預設的時間段內偏離預設的軌跡，所述擾亂的作用力方向和大小為隨機的。例如，控制器對所述伸縮臂施加的擾亂的作用力小于所述實驗體沿其運動方向對所述伸縮臂23施加正向的作用力。
[0026]進一步地,所述運動參數(shù)包括:力、速度、加速度、持續(xù)時間和位置或軌跡或運動路徑。
[0027]進一步地，所述上肢康復機器人的控制方法還包括:設置面向用戶的第一顯示器17和/或背向用戶的第二顯示器19，所述第一顯示器17和/或所述第二顯示器19與所述控制器連接，所述控制器將設定的伸縮臂23上的手托裝置25的運動軌跡以三維方式顯示在所述第一顯示器17和/或所述第二顯示器19上，并且所述控制器通過位置傳感器將所述實驗體的運動軌跡以三維方式顯示在所述第一顯示器17和/或所述第二顯示器19上。
[0028]進一步地，將多個所述上肢康復機器人通過網(wǎng)絡實現(xiàn)聯(lián)機，多個所述上肢康復機器人包括:一個主控上肢康復機器人，其余的為被控上肢康復機器人，所述主控上肢康復機器人控制被控上肢康復機器人。
[0029]進一步地，所述運動路徑包括:
[0030]路徑A:使所述升降主軸24豎直運動，從而帶動手托裝置25豎直運動；
[0031]路徑B:使所述升降主軸24繞自身軸中心線轉動，從而帶動手托裝置25以所述升降主軸24為圓點，以所述伸縮臂23為半徑在水平面內做圓周運動；
[0032]路徑C:使所述伸縮臂23沿水平方向伸縮，從而帶動手托裝置25以所述升降主軸24為圓點，沿著所述伸縮臂23的伸縮方向做徑向運動；
[0033]所述路徑A、路徑B和路徑C同步進行或者先后進行。
[0034]本發(fā)明中，通過力傳感器在所述伸縮臂23的移動過程中向所述控制器反饋位于所述伸縮臂的手托裝置25上的實驗體對所述伸縮臂23施加的作用力，從而使得控制器按照選擇的操作模式?jīng)Q定是否根據(jù)所述力傳感器的反饋而調整設定的運動參數(shù)，因而本發(fā)明的控制方法增加了人機交互的性能，增加了控制的靈活性。
[0035]進而，本發(fā)明通過多種操作模式，對康復訓練或教學過程中實驗體的實時運動與預先設定的運動進行多種互動，可以達到不同的康復訓練或教學的目的，實現(xiàn)多種實驗體的運動和干預，增加了控制方法的多樣性，適用于疑難復雜的訓練或教學。本發(fā)明的多種操作模式可以相互組合，完成更為復雜的控制過程。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明實施例的上肢康復機器人的整體結構示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明實施例的上肢康復機器人的內部結構。
[0038]附圖標號說明:
[0039]16伸縮臂支架17第一顯示器19第二顯示器20外殼21腳輪23伸縮臂24升降主軸25手托裝置55底座56伸縮電機57旋轉電機58絲杠導軌59升降電機53力傳感器60線性滑塊63手托基座
【具體實施方式】
[0040]為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【附圖說明】本發(fā)明。
[0041 ] 本發(fā)明的上肢康復機器人的控制方法是可以用于康復訓練或教學。
[0042]如圖2所示，本發(fā)明實施例的上肢康復機器人包括:
[0043]能上下垂直移動并能繞軸中心線轉動的升降主軸24，升降主軸垂直水平面；
[0044]能沿水平方向伸縮的伸縮臂23，垂直連接在所述升降主軸24的頂端；
[0045]能在水平面內轉動的手托裝置25，鉸接在所述伸縮臂23上，例如，位于伸縮臂23的端部。手托裝置25例如為圓弧形或圓環(huán)形，用于將實驗體(例如為人手、假肢)托住，而且能夠感受實驗體從周向沿各個角度施加的力?？祻陀柧殨r，實驗體放在手托裝置25上，通過升降主軸24上下垂直移動并能在水平面內轉動、以及伸縮臂23的水平移動，可以實現(xiàn)四個自由度的運動，因而可以實現(xiàn)靈活多變的康復訓練。
[0046]進一步地，如圖2所示，所述上肢康復機器人還包括:連接所述升降主軸24并驅動所述升降主軸24上下垂直移動的升降電機59。通過升降電機59的驅動，可以方便快速的實現(xiàn)升降主軸24上下垂直移動。
[0047]進一步地，所述上肢康復機器人還包括:連接所述升降主軸24并驅動所述升降主軸24轉動的旋轉電機57，旋轉電機57設置在升降主軸24的下端，以方便快速的實現(xiàn)升降主軸24的快速轉動。
[0048]進一步地，所述上肢康復機器人還包括:連接所述伸縮臂23并驅動所述伸縮臂23伸縮的伸縮電機56,伸縮電機56位于伸縮臂23遠離手托裝置25的一端，以快速驅動伸縮臂23水平方向的伸縮。
[0049]進一步地，所述升降主軸24為絲杠，所述上肢康復機器人還包括:與所述升降主軸24連接的升降絲杠導軌58，升降主軸24固定于隨導軌