[发明专利]基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统

权利要求书

1.一种基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统，其特征在于，包括：

机器人本体，包括两个用于放置患者手部的两个三自由度机械臂及六个电机单元，两个三自由度机械臂分别安装在腰带的两侧；机械臂末端安装有力/力矩传感器；所述机器人本体通过腰部可拆卸部件穿戴于人体；

主被动训练上位机系统，用于主动康复训练和/或被动康复训练；

当系统提供被动康复训练时，患者手部由机械臂末端支撑，系统根据康复训练动作，将机械臂的预期末端位置轨迹解算为电机的运动角度，控制机械臂牵引双上肢完成系统设定的训练任务；具体包括如下内容：

机器人本体与被动康复训练上位机之间具有双向的数据传递，上位机将六个电机的控制指令传递给机器人本体，机器人本体将电机数据反馈给上位机：首先，医护人员对患者进行基本的检查，判断患者上肢是否具有基本的自主运动功能，若无则评估其在肩关节内收外展、肩关节伸展屈曲、肘关节前屈后伸上肢功能的康复需求，并为其定制训练动作与训练次数，根据训练动作的轨迹，被动康复训练上位机软件解算出两只机械臂关节的角度，通过总线向电机发送指令；系统根据康复训练动作，通过机械臂的逆运动学解算公式，将预期的末端位置轨迹解算为六个电机的运动角度并进行存储；

双上肢由机械臂驱动，按照设定的康复动作进行训练，直至达到规定的训练次数；

根据训练过程中电机的反馈信息，分析患者上肢动作的标准程度，并进行康复效果评分；经过多次康复效果评分之后，得出患者的被动康复效果曲线图；

当系统提供主动康复训练时，由人机交互界面提供虚拟康复训练场景，机械臂作为人机交互接口，患者手部控制机械臂末端动作，系统通过视觉反馈和力觉反馈，使患者与康复训练场景进行交互，完成虚拟康复训练场景中的任务；所述主动康复训练包括视觉反馈信息和力觉反馈信息；

视觉反馈信息的呈现方式为：系统的人机交互界面上显示有康复训练任务的场景以及患者的虚拟手部，该虚拟手部的位置随患者手部的位置变化而变化，虚拟手部的位置由系统根据六个电机的角度信息，通过机械臂的正运动学解算公式计算得到，人机交互界面对患者的手部位置进行不断更新，为患者提供视觉反馈信息；

力觉反馈信息的呈现方式为：患者手部通过机械臂末端操纵人机交互界面中的虚拟手部与虚拟物体发生碰撞，系统根据算法计算碰撞产生的力/力矩信息，并通过机械臂的静力学分析，将力/力矩分配到每个电机上，机械臂在患者上肢呈现作用力，让患者在主动康复训练过程中产生力的感觉，此外，将机械臂末端的力/力矩传感器的检测信号作为反馈信号，对电机工作状态进行实时调整，为患者提供更精确、真实的力反馈感觉；

根据训练过程中记录的信息，分析患者的上肢康复情况，进行康复效果评分，经过多次康复效果评分之后，得出患者的主动康复效果曲线图。

2.根据权利要求1所述的上肢主被动康复训练机器人系统，其特征在于：所述可拆卸部件为腰带。

3.根据权利要求2所述的上肢主被动康复训练机器人系统，其特征在于：所述电机的反馈信息包括角度和/或电流。