[发明专利]一种柔性关节外骨骼机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种柔性关节外骨骼机器人，包括：电机；用于控制电机的控制器；通过电机牵引用于实现腿部运动的绳索；与电机连通，且能够向控制器反馈绳索的位置信息和力信息的调节器；通过绳索驱动并能够实现小腿运动且能向控制器反馈关节角位置信息的的腿部关节组件，所述的腿部关节组件对应设置有两组；向控制器、调节器、电机供电的电源。本发明同时公开了其控制方法。本发明不仅大大减小了关节的体积，且降低了关节惯性，提高了关节柔性，大大改善了用户穿戴使用的舒适度。

技术领域

本发明涉及一种外骨骼机器人，尤其是涉及一种柔性关节外骨骼机器人及其控制方法，属于医疗器械技术领域。

背景技术

外骨骼机器人作为一种新兴的技术，被广泛应用于临床医疗领域，可以治疗患者由于中风、受伤而导致的上下肢运动功能障碍问题。

目前，所使用的外骨骼机器人，在结构上，一般是由若干刚性连杆通过关节驱动模块连接，致动器（电机、液压、气压等）带动关节执行器，执行器驱动关节连杆按照控制器设定的算法运动。刚性连杆结构有利于控制关节角度达到精确定位的目的。但是，临床上刚性关节导致关节冲击较大，用户穿戴舒适感较差，甚至可能引发关节二次拉伤等安全事故；另一方面，刚性关节往往需要致动器直接安装于关节位置，这将增大关节惯性，使患者感到疲劳。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种增强了关节柔顺性、降低了关节惯性、提高了用户穿戴舒适度的柔性关节外骨骼机器人及其控制方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，包括：

电机；

用于控制电机的控制器；

通过电机牵引用于实现腿部运动的绳索；

与电机连通，且能够向控制器反馈绳索的位置信息和力信息的调节器；

通过绳索驱动并能够实现小腿运动且能向控制器反馈关节角位置信息的腿部关节组件，所述的腿部关节组件对应设置有两组；

向控制器、调节器、电机供电的电源。

进一步，上述的调节器内设置有能够向控制器反馈绳索的位置信息的拉线编码器。

且上述的调节器内还设置有能够向控制器反馈绳索的力信息的力传感器。

更进一步，上述的腿部关节组件包括设置在大腿部的第一连杆、设置在小腿部的第二连杆、将第一连杆和第二连杆连通的柔性关节组件。

而所述的柔性关节组件则包括依次同轴设置的关节编码器、支架的第一连接臂、制动器、与第一连杆连接的磁流变阻尼器、固定器、带轮和支架的第二连接臂，所述的支架与第二连杆连接，而所述的绳索则设置有两根，均由所述的调节器引出后，经第一连杆后固定在带轮上。

此外，所述的第一连杆上还至少设置有一个用于对绳索进行限位和导向的滑轮。

且，两第一连杆之间还设置有用于将腿部关节组件固定在髋部且可实现围度调节的中央调节机构。

为了实现对腿部的支撑和限位，上述的第一连杆、第二连杆上均设置有用于对腿部进行支撑和限位的防护罩，所述的防护罩的曲线度与腿部弧度一致。

此外，为了节省空间，上述的电机、调节器、控制器和电源集成在一控制柜内。

本发明同时公开了一种基于上述的柔性关节外骨骼机器人的控制方法，包括以下步骤：

S1、用户设定：包括但不限于1）设定步态控制参数（如步长、步高、步速度等）、2）初始化绳索张力、柔性关节组件的阻尼系数、3）各关节角位置归零；