[发明专利]一种基于外骨骼机器人的渐进式康复训练方法

说明书

一种基于外骨骼机器人的渐进式康复训练方法，它涉及一种康复训练方法，为解决现有训练方式无法满足肢体功能障碍患者不同时期的不同康复需求的问题，根据康复时期的不同分为康复初期位置控制模式训练和康复中后期力矩控制模式训练，康复初期位置控制模式训练是基于轨迹牵引的被动训练，将患者单侧或双侧肢体绑缚在外骨骼机器人上，完全在外骨骼机器人的牵引下进行被动康复初期训练；康复中后期力矩控制模式训练是利用动力学模型，调整力矩系数，可获得一定力矩系数的力矩值，力矩控制模式训练在康复训练时期由全力矩逐渐转变为半力矩，进而转变为零力矩，对患者进行助力训练；最后变为阻力矩，对患者进行主动训练。本发明用于患者康复训练。

技术领域

本发明涉及一种康复训练方法，具体涉及一种基于外骨骼机器人的渐进式康复训练方法。属于康复医疗器械技术领域。

背景技术

脊髓损伤和中风可以导致神经系统损伤，致使患者肢体出现不同程度的运动障碍，严重时可以导致全身瘫痪，根据神经可塑性的原理，在神经损伤之后通过对肢体的特定功能进行适当的康复训练，可以使神经组织得到不同程度的恢复，进而减轻或者避免残疾。外伤手术或矫形手术等长期卧床患者也伴有肢体障碍，肢体康复训练是肢体障碍的重要康复手段。对于这些患者，越早地进行康复训练和功能恢复效果越好，后遗症也会越轻。然而目前国内大多数肢体功能障碍患者只能通过人工或者康复器械进行简单的被动康复训练进行治疗，不仅医师任务重、自动化水平低、康复效率低，而且训练模式单一，不能满足患者不同康复时期的不同康复需求，耗费了较多的人力与物力，同时还限制了患者的训练时间。

发明内容

本发明是为解决现有训练方式无法满足肢体功能障碍患者不同时期的不同康复需求的问题，而提出一种基于外骨骼机器人的渐进式康复训练方法。

本发明的技术方案是：一种基于外骨骼机器人的渐进式康复训练方法，根据康复时期的不同分为康复初期位置控制模式训练和康复中后期力矩控制模式训练，

康复初期位置控制模式训练是基于轨迹牵引的被动训练，将患者单侧或双侧肢体绑缚在外骨骼机器人上，完全在外骨骼机器人的牵引下进行被动康复初期训练；

康复中后期力矩控制模式训练是利用动力学模型，调整力矩系数，可连续获得-1到+1之间任意力矩系数的力矩值，实现人机耦合运动，力矩控制模式训练在康复训练时期由全力矩逐渐转变为半力矩，进而转变为零力矩，对患者进行助力训练；最后变为阻力矩，对患者进行主动训练。

进一步地，位置控制模式具体为先设计外骨骼机器人的末端的运动轨迹，然后把获得的运动轨迹作为输入给外骨骼机器人运动学模型，进而获得外骨骼机器人的各个关节的角度，将角度信号发送给控制器，控制器控制驱动器，驱动器得到各关节电机位置信息，得到上肢外骨骼机器人各个关节在各自对应电机的驱动下运动相应角度，达到在外骨骼机器人牵引下被动训练。

或进一步地，位置控制模式训练具体为利用Adams软件仿真获得外骨骼机器人的各个关节的角度，最后把获得的关节角度输入给外骨骼机器人，达到外骨骼机器人牵引人体运动训练。

更进一步地，力矩控制模式训练具体为将检测与计算得到的每个关节的关节角度、关节角速度和关节角加速度输入到人机系统的动力学模型以获得外骨骼机器人的一个驱动力矩值，其中，θ为关节角度，为关节角速度，为关节角加速度；

然后，利用公式τ_d＝φ_τ·τ，获得外骨骼机器人输出的比例补偿力矩，从而带动人机耦合运动，同时检测与计算新状态下的关节角度、关节角速度和关节角加速度，作为下一状态的输入值，以此循环，其中τ为驱动力矩值，根据患者不同的康复时期选取不同的力矩系数值，全力矩时力矩系数φ_τ＝1，半力矩时力矩系数1＞φ_τ＞0，零力矩时力矩系数φ_τ＝0，阻力矩时力矩系数0＞φ_τ≥-1。