[发明专利]康复训练机器人控制系统及控制方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及康复医疗领域，特别是涉及一种用于患者踝关节康复训练的康复训练机器人控制系统及控制方法。

【背景技术】

康复训练机器人作为医疗机器人的一个重要分支，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前，康复训练机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。

踝关节康复训练机器人是用于患者踝关节康复训练的一种康复训练机器人。传统的踝关节康复训练机器人对患者踝关节的康复训练主要采用被动训练控制，即踝关节康复训练机器人根据固定的康复训练模式带动患者的踝关节做康复运动。由于患者的康复情况和训练需求不同，被动训练控制采用固定的模式进行康复训练，训练模式比较单一，不利于患者踝关节的迅速康复。随着康复医疗技术的发展，虽然出现了根据患者主动意识进行训练的康复训练机器人，但是所采集的主动意识信号参数比较单一，不能准确反映患者的主动意识，容易产生误动作，给患者康复训练带来负面影响。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够准确反映患者的主动意识、根据患者的不同需求进行踝关节康复训练的康复训练机器人控制系统。

一种康复训练机器人控制系统，包括

表面肌电信号采集模块，用于采集患者小腿部控制踝关节运动的肌肉的表面肌电信号并将所述表面肌电信号从模拟量转换成数字量；

足底压力信号采集模块，用于采集患者的足底压力信号并将所述足底压力信号从模拟量转换成数字量；

计算机模块，与所述表面肌电信号采集模块和所述足底压力信号采集模块相连，用于接收并处理数字量表面肌电信号和数字量足底压力信号，发出控制指令；

驱动模块，与所述计算机模块相连，用于根据所述计算机模块发出的控制指令驱动康复训练机器人动作。

在优选的实施例中，所述计算机模块包括人机交互单元，所述人机交互单元用于设定初始化模式、被动控制模式、主动控制模式或阻抗控制模式；所述初始化模式用于对所述驱动模块进行初始化；所述被动控制模式用于根据系统设定的固定的训练模式向所述驱动模块发出控制指令，由所述驱动模块驱动康复训练机器人对患者的踝关节进行训练；所述主动控制模式用于根据检测到的表征患者的主动意识信息的表面肌电信号和足底压力信号向所述驱动模块发出控制指令，由所述驱动模块驱动康复训练机器人对患者的踝关节进行训练；所述阻抗控制模式用于根据检测到的表征患者的主动意识信息的表面肌电信号和足底压力信号向所述驱动模块发出控制指令，由所述驱动模块驱动康复训练机器人在患者的踝关节的运动方向上施加相反的恒定阻力。

在优选的实施例中，所述计算机模块还包括信号处理单元、与所述信号处理单元相连的特征值提取单元、与所述特征值提取单元连接的模式识别单元和与所述模式识别单元连接的控制单元，所述信号处理单元用于对数字量足底压力信号和数字量表面肌电信号进行放大、整形和滤波；所述特征值提取单元用于对经所述信号处理单元处理后的数字量足底压力信号和数字量表面肌电信号进行特征值提取；所述模式识别单元用于对所述特征值提取单元提取的特征值进行描述、辨认、分类和解释；所述控制单元用于根据所述模式识别单元的处理结果发出相应的控制指令。

在优选的实施例中，所述驱动模块包括运动控制卡、驱动器单元、电机单元和传感器单元，所述驱动器单元根据所述运动控制卡的控制信号驱动所述电机单元运转，所述电机单元的运转位置通过所述传感器单元回馈给所述运动控制卡，形成速度闭环控制。

在优选的实施例中，所述驱动器单元包括四个驱动器，所述电机单元包括三个直流伺服电机和一个直流力矩电机，所述传感器单元包括四个位置传感器，每个电机通过一个驱动器和一个位置传感器与所述运动控制卡形成一路速度闭环控制。

在优选的实施例中，所述表面肌电信号采集模块包括表面肌电极单元和表面肌电仪，所述表面肌电极单元安置在患者控制踝关节运动的肌肉的表面，用于采集表面肌电信号；所述表面肌电仪与所述表面肌电极单元相连，用于将所述表面肌电极单元采集的表面肌电信号从模拟量转换成数字量。

在优选的实施例中，所述表面肌电极单元包括四个表面肌电极，所述四个表面肌电仪分别安置在患者小腿的腓肠肌外肌、腓肠肌内肌、胫骨前肌和比目鱼肌。

在优选的实施例中，所述足底压力信号采集模块包括阵列式传感器、压力采集板和压力采集盒，所述阵列式传感器设置于所述压力采集板上，用于采集患者的足底压力信号；所述压力采集盒与所述阵列式传感器相连，用于将所述阵列式传感器采集的足底压力信号从模拟量转换成数字量。