[发明专利]一种基于力反馈的手腕康复外骨骼的闭环控制系统

权利要求书

1.一种基于力反馈的手腕康复外骨骼的闭环控制系统，其特征在于，包括控制器、外骨骼和传感器组；传感器组包括压力传感器；控制器包括驱动力闭环控制模块；外骨骼包括直线电机和弹簧钢片；

外骨骼，用于佩戴在患者手臂，通过直线电机驱动弹簧钢片，再由弹簧钢片带动手腕运动；

压力传感器，用于采集外骨骼的实际驱动力并传输给控制器；

驱动力闭环控制模块，用于设定控制周期和期待驱动力F_q，在手腕运动过程中的每个控制周期控制压力传感器采集一次实际驱动力F_s；在当前控制周期中，比较期待驱动力F_q和实际驱动力F_s的大小，根据期待驱动力F_q和实际驱动力F_s差值计算得出直线电机行程增量Δd并叠加至前一个控制周期的直线电机行程量上，作为当前控制周期的直线电机行程量进行输出；

传感器组还包括倾角传感器，控制器还包括角度闭环控制模块；

倾角传感器，用于采集手腕的姿态角，作为实际角传输给控制器；

角度闭环控制模块，用于设定期待角θ_q、角度增量Δθ和控制周期，在手腕运动过程的每个控制周期中控制倾角传感器采集一次实际角θ_s，在当前控制周期中，比较期待角θ_q与实际角θ_s的大小，若期待角θ_q比实际角θ_s大，则根据角度与直线电机行程量的函数关系计算出与角度增量Δθ相对应的直线电机行程增量并叠加至前一个控制周期的直线电机行程量上，作为当前控制周期的直线电机行程量进行输出，该直线电机行程增量方向与手腕运动的方向相同；若期待角θ_q比实际角θ_s小，则根据角度与直线电机行程量的函数关系输出与角度增量Δθ相对应的直线电机行程增量并叠加至前一个控制周期的直线电机行程量上，作为当前控制周期的直线电机行程量进行输出，该直线电机行程增量方向与手腕运动的方向相反；

控制器还包括助力模块、主动模块和抗阻模块；助力模块的功能和抗阻模块的功能基于驱动力闭环控制模块实现；主动模块的功能基于角度闭环控制模块实现；

助力模块，用于控制外骨骼提供驱动力，使患者手腕进行运动；

主动模块，用于控制外骨骼跟随患者手腕的运动而运动；

抗阻模块，用于控制外骨骼给手腕运动提供阻力；

外骨骼还包括手背架(1)和前臂架(6)；

手背架(1)包括主动部件、传动部件和从动部件，直线电机设置在前臂架(6)上；

主动部件为内层(13)，从动部件为外层(14)，传动部件包括第一传力柱(15)和第二传力柱(16)；内层(13)设置于外层(14)内，第一传力柱(15)和第二传力柱(16)对称设置在内层(13)上并从外层(14)穿出；外层(14)上设置有第一承力板(17)、第二承力板(18)、第三承力板(19)和第四承力板(20)；

压力传感器包括第一薄膜压力传感器(7)、第二薄膜压力传感器(8)、第三薄膜压力传感器(9)和第四薄膜压力传感器(10)；第一薄膜压力传感器(7)贴于第一承力板(17)上，第二薄膜压力传感器(8)贴于第二承力板(18)上，第三薄膜压力传感器(9)贴于第三承力板(19)上，第四薄膜压力传感器(10)贴于第四承力板(20)上，第一传力柱(15)位于第一薄膜压力传感器(7)和第三薄膜压力传感器(9)之间，第二传力柱(16)位于第二薄膜压力传感器(8)和第四薄膜压力传感器(10)之间；

直线电机包括第二直线电机(4)和第一直线电机(5)，第二直线电机(4)输出端通过第二弹簧钢片(2)与内层(13)连接，第一直线电机(5)输出端通过第一弹簧钢片(3)一端与内层(13)连接。

2.根据权利要求1所述的基于力反馈的手腕康复外骨骼的闭环控制系统，其特征在于，若期待驱动力F_q比实际驱动力F_s大，则直线电机行程增量Δd为正值，若期待驱动力F_q比实际驱动力F_s小，则直线电机行程增量Δd为负值。