[发明专利]一种康复机器人的自动校准系统

说明书

本发明涉及一种康复机器人的自动校准系统，包括控制中心和柔性件，所述柔性件包括固定件和活动件，所述活动件包括第一外接端子和二个卡柱，以及第一弹簧槽，所述固定端包括第二外接端子和二个与卡柱相配合的通孔，每个卡柱嵌入一个通孔，使得活动件可以相对于固定件平移和旋转一定角度，所述固定件与活动件之间设置三个弹簧，分别对应第一弹簧槽和二个卡柱，使得弹簧在自由位置时，二个卡柱分别在二个通孔的中心；所述的控制中心包括旋转中心位置检测装置，得到旋转中心位置，而后将对使用者施加的力的方向调整为与以旋转中心位置为圆心的圆相切。柔性件可自动适应不同手臂和前臂大小的患者，控制中心可准确确定旋转中心、活动自由度和僵硬程度。

技术领域

本发明涉及康复训练智能控制装备技术领域，特别是一种康复机器人的自动校准系统。

背景技术

为了安全，康复机器人系统必须符合人类手腕和前臂的自然运动范围和限制。人类的手腕与前臂加起来总共有3个活动自由度，前臂能进行内转与后旋（Pronation andSupination)，腕关节可以掌屈与背屈(Flexion and Extension) 、径向与尺侧偏移(Radial and ulnar deviation)。当人类在进行掌屈背屈运动和径向尺侧偏移运动时，腕关节在这两种运动下分别绕着两个不同的旋转轴转动：掌屈背屈运动绕着横轴，径向尺侧偏移运动沿着横轴，这两个转动轴之间存在一个5到20mm的偏心距。此外，由于腕骨关节的复杂，旋转轴也并不固定。因此，如果没有正确的轴线校准，使用康复机器人时就会变得费力、不舒服，甚至不安全。然而，现有的康复机器人并没有真正解决这个问题，而往往是在实际操作过程中进行调整和测试，增加了训练时间和不准确性。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种针对康复机器人机轴线的自动校准系统。

本发明的技术方案是构造一种康复机器人的自动校准系统，包括控制中心和柔性件，所述柔性件包括固定件和活动件，所述活动件包括第一外接端子和二个卡柱，以及第一弹簧槽，所述固定件包括第二外接端子和二个与卡柱相配合的通孔，每个卡柱嵌入一个通孔，使得活动件可以相对于固定件平移和旋转一定角度，所述固定件与活动件之间设置三个弹簧，分别对应第一弹簧槽和二个卡柱，使得弹簧在自由位置时，二个卡柱分别在二个通孔的中心；

所述的控制中心包括旋转中心位置检测装置，旋转中心位置检测装置包括第一运算模块和轨迹数据采集装置，通过对轨迹数据进行运算，得到旋转中心位置，而后将对使用者施加的力的方向调整为与以旋转中心位置为圆心的圆相切。

在其中一个实施例中，所述的控制中心还包括动作平面计算装置，包括第二运算模块，第二运算模块连接轨迹数据采集装置，通过对轨迹数据进行运算，得到轨迹平面，将对使用者施加的力调整为平行于该轨迹平面。

在其中一个实施例中，所述的控制中心还包括活动自由度计算装置，包括第三运算模块，第三运算模块连接轨迹数据采集装置，通过对轨迹数据进行运算，得到使用者的肢体移动数据，测得其在坐标轴上的活动自由度。

在其中一个实施例中，所述的控制中心还包括第四运算模块，第四运算模块连接第三运算模块，通过对活动自由度和伺服电机的力矩进行运算，得到使用者的肢体的僵硬程度。

本发明的优点和有益效果：

以腕关节康复训练为例，在康复训练过程中，本发明的柔性件可以将机器人“腕关节”和手柄之间的距离进行调整，从而自动适应不同手臂和前臂大小的患者，随着辅助力的改变，可把施加在患者手腕上不必要的交互力最小化。

对旋转中心的位置检测及力方向的调整可以避免对手部进行非正常的拉伸，损伤使用者的手部。

常规训练装置施加力的方向为与水平面垂直，本发明对动作平面的计算可以自适应使用者的动作平面，避免使用者的腕关节受到错误的施加力。