[发明专利]坐卧式下肢康复机器人及相应的被动训练控制方法

权利要求书

1.一种坐卧式下肢康复机器人，其特征在于，该机器人包括：座椅(7)、两条机械臂(3)、人机交互界面(1)和主工控箱(2)，其中，

每条机械臂(3)有三个关节，分别对应人体下肢的髋、膝、踝三个关节；

所述人机交互界面(1)用于供用户输入、选择运动轨迹并设定相关参数、对康复训练进行智能监控和数据管理；

所述主工控箱(2)用以控制机器人各关节的运动、采集机器人相关的传感信息；

所述主工控箱(2)包括上位机PC104、通过数据总线与上位机PC104进行通信的左运动控制卡和右运动控制卡、与所述左运动控制卡通过相应的接口连接的左髋关节驱动器、左膝关节驱动器、左踝关节驱动器、与所述右运动控制卡通过相应的接口连接的右髋关节驱动器、右膝关节驱动器、右踝关节驱动器、与所述左髋关节驱动器连接的左髋电机/编码器、与所述左膝关节驱动器连接的左膝电机/编码器、与所述左踝关节驱动器连接的左踝电机/编码器、与所述右髋关节驱动器连接的右髋电机/编码器、与所述右膝关节驱动器连接的右膝电机/编码器、与所述右踝关节驱动器连接的右踝电机/编码器、通过USB接口总线与上位机PC104进行通信的数字信号输入输出DIDO数字信号采集卡、与所述DIDO数字信号采集卡连接的光耦隔离电平转换电路板、与所述光耦隔离电平转换电路板连接的安装在机器人各关节位置的多个绝对位置编码器。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述人机交互界面(1)为触摸屏。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述电机/编码器包括安装在一起的电机和编码器。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述编码器进一步为光电编码器。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述上位机通过VGA接口与人机交互界面(1)进行通信，通过相应的接口分别与存储设备、复位电路、键盘鼠标连接，还能够与以太网连接。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述髋、膝、踝关节驱动器用于接收上位机PC104通过相应运动控制卡发出的指令，并直接驱动相应的电机/编码器中的电机，而电机/编码器产生的光电编码器信号同时反馈到相应的关节驱动器和运动控制卡上，上位机可以从相应的运动控制卡中读取该光电编码器信号；

所述多个绝对位置编码器产生的信号经过光耦隔离电平转换之后传递到DIDO数字信号采集卡，再由上位机PC104进行读取。

7.一种利用权利要求1中所述的康复机器人辅助患者进行被动康复训练的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，患者斜躺在康复机器人的座椅上，将患者的双侧下肢分别与康复机器人的两条机械臂进行固定；

步骤2，针对患者所处康复的早、中期，包括软瘫期和痉挛期，用户通过人机交互界面选择适合患者的末端运动轨迹，并设定选择的末端运动轨迹的相关参数；

步骤3，上位机PC104根据所设定的末端运动轨迹的相关参数计算出机器人的机械臂的各关节的期望初始位置，通过DIDO数字信号采集卡读取绝对位置编码器采集到的机械臂各关节的当前实际位置，并根据期望初始位置与当前实际位置的位置偏差产生速度指令和位置指令信号，并将速度指令和位置指令信号发送至相应的运动控制卡；

步骤4，运动控制卡根据接收到的速度指令和位置指令信号输出特定频率的脉冲和方向信号到相应的关节驱动器，关节驱动器根据接收到的脉冲和方向信号产生驱动电流，驱动相应的电机/编码器中的电机进行相应的运动，使机械臂各关节运动到所述期望初始位置，同时，相应的电机/编码器中的编码器通过相应的关节驱动器、运动控制卡实时向上位机反馈各关节电机的角度信息；

步骤5，机械臂各关节运动到所述期望初始位置之后，PC104根据选择的末端运动轨迹计算出各关节的期望轨迹；

步骤6，PC104根据所述各关节的期望轨迹和机械臂各关节当前的初始位置产生速度指令和位置指令信号，并通过相应的运动控制卡、关节驱动器、电机/编码器控制机器人带动患者的下肢进行反复的周期运动，直到设定的训练时间结束。