[发明专利]步态康复训练机器人及用于该机器人的力反馈控制方法

说明书

本发明属于医疗器械领域，具体公开了步态康复训练机器人及用于该机器人的力反馈控制方法。通过在步态康复训练机器人上设置三维力传感器，实时的测量使用者在行走时与步态康复训练机器人之间的作用力，并将其用于反馈调控步态康复机器人的运动。本方法使用方便，不受场地限制，成本低廉，可以较好的使步态康复训练机器人跟随用户的行走速度以及输出足够的牵引力，从而达到帮助用户行走的目的，还可以避免对用户造成二次伤害，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及步态康复训练机器人及用于该机器人的力反馈控制方法。

背景技术

步态康复训练机器人是一类能够自动提供减负帮助以及行走辅助的智能器械。传统的步态康复过程需要大量的康复治疗专家参与，这极大的消耗了人力以及国家财力，因此步态康复训练机器人具有非常大的研究价值。国内外有许多步态康复训练机器人的研究，但是大多数机器人的运动轨迹是预先编好的，不能够主动识别人的运动意图并按照人的运动意图辅助人的运动。并且这些机器人很有可能因为机器人运行与用户的动作不匹配而造成二次伤害，因此非常有必要提出一种新的控制方法，使步态康复训练机器人能够跟随用户的行走并提供合适的辅助作用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中步态康复训练机器人不能根据用户的实际运动调整自身运动的问题，并提供一种新型的用于步态康复训练机器人的力反馈控制方法。

本发明中所涉及的部分名词含义如下：

行走速度是指人在行走时躯干向前移动的速度，可以通过放置在用户下肢的可穿戴传感器系统进行测量。

竖直方向是指重力加速度的方向，水平方向是指与重力加速度垂直的方向。

牵引力是指步态康复训练机器人在水平方向上拉动用户前进的力，牵引力与用户作用于机器人水平方向的分力为相互作用力。

支撑力是指机器人在竖直方向上提供给用户上肢的支撑作用力，从而减少用户下肢受力，支撑力与用户作用于机器人竖直方向的分力为相互作用力。

本发明为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：

步态康复训练机器人，其特征在于，包括：本体、控制单元、扶手、用于测量用户作用于扶手上作用力的力传感器、用于检测用户行走速度的可穿戴传感器和用于驱动本体移动的驱动机构，所述扶手设置于本体上部，所述驱动机构设置于本体下部，所述力传感器设置于所述扶手的上部、内部或扶手与所述本体连接的位置；所述控制单元与所述力传感器及驱动机构电连接，所述可穿戴传感器与所述控制单元有线或无线连接。

通过上述技术方案，步态康复训练机器人可根据用户行走速度调节自身运行速度，并根据用户作用于其上的作用力大小提供给用户竖直方向的支撑力及水平方面的牵引力，反馈调节步态康复训练机器人的运行速度，使用户能轻松地步行。

用于步态康复训练机器人的力反馈控制方法，包括以下步骤：

（1）可穿戴传感器测量用户实时的行走速度，力传感器测量本体与用户之间的作用力；

（2）所述可穿戴传感器及将其所测得的行走速度反馈给步态康复机器人的控制单元，所述力传感器将其测得的作用力反馈给步态康复训练机器人的控制单元；

（3）步态康复训练机器人的控制单元根据所反馈的用户行走速度调整本体运行速度，使本体运行速度与用户行走速度一致，并根据所反馈的作用力反馈调节本体运行速度，使本体跟随用户的行走速度运行并提供给用户牵引力。

通过上述技术方案，所述可穿戴传感器穿戴于用户的每条大腿和小腿上，用于检测用户行走时的脚落地步态事件，并测量所述用户大腿及小腿在矢状面内站立相时的姿态角度与角速度，并计算出用户的行走速度。