[发明专利]基于镜像力场的上肢双臂康复机器人导纳控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于镜像力场的上肢双臂康复机器人导纳控制方法及系统，包括如下步骤：步骤1:基于多传感信号融合的人机紧耦合健侧力场建模，获得受试者健侧的运动意图；步骤2：根据受试者健侧的运动意图进行基于状态空间的健患侧生理信号及力场映射，获得受试者患侧的运动轨迹和意图；步骤3：根据受试者患侧的运动轨迹和意图进行基于力场镜像的健患侧同步耦合控制，进而控制外骨骼的运动。本发明针对临床上神经移位术后上肢运动功能重建重大临床需求，将人机紧耦合的力场控制策略和镜像康复策略相结合，探索新的基于患者健侧力场信息对患侧动作引导的镜像力场康复策略，且更加自然，提升患者的参与感和主动康复能力。

技术领域

本发明涉及上肢双臂康复机器人导纳控制的技术领域，具体地，涉及一种基于镜像力场的上肢双臂康复机器人导纳控制方法及系统。

背景技术

当前周围神经损伤是临床多发疾病，每年新发创伤患者过千万，其中最严重的周围神经损伤，如臂丛神经损伤，可造成一侧上肢完全瘫痪，严重影响患者的生活质量，其治疗是一个世界性难题。目前临床上臂丛神经撕脱伤公认最佳的治疗方法是神经移位术。康复治疗是术后上肢功能恢复的关键，恢复过程中大脑皮层会发生广泛的重塑，而这一重塑的结果对临床预后至关重要。研究表明，在神经移位术后，大脑中患肢原有功能区通过重塑被重新激活并实现对患肢的有效控制。但临床康复中许多患者功能恢复存在肢体运动控制不佳，运动模式错误等问题，其根本原因在于神经移位术后患肢的周围神经支配及通路发生了巨大的改变。

研究证明相比于单独的单边康复训练，通过健侧引导患侧完成康复训练更符合人体上肢的自然运动模式，并且其有助于患侧半脑的神经可塑性，更有助于提高患者患肢运动功能的康复效果。镜像疗法是传统临床上最主要采用的健侧信息引导患侧运动的治疗手段。镜像疗法又称为镜像视觉反馈疗法，利用平面镜成像原理，将健侧运动画面复制到患侧，让患者想象患侧运动，通过视错觉、视觉反馈及虚拟现实相结合的一种康复训练治疗手段。在镜像治疗中，患者看到健侧运动的镜像后激活相应大脑皮层的镜像神经元，有助于恢复患侧的运动功能。但镜子作为镜像载体的方法沉浸感不强，直接影响镜像疗法临床研究结果的稳定和提升。另外，由于传统镜像疗法的康复训练大都只能实现上肢运动轨迹控制，而忽略患肢肌群受力状态，这将直接影响镜像疗法临床研究效果的提升。

公开号为CN109091818A的中国发明专利文献公开了一种基于导纳控制的绳牵引上肢康复机器人的训练方法及系统，在用户进行上肢关节康复训练运动时，实时采集用户上肢施加在绳牵引康复机器人的交互力信号和上肢的运动学信号；通过导纳模型将所述交互力信号转变为期望运动轨迹的运动参数，按照所述期望运动轨迹的运动参数和所述上肢的运动学信号确定目标运动轨迹的运动参数；将确定的运动参数作为控制量，转换成绳牵引康复机器人的电机控制量，控制相应的电机输出，实现用户自主控制康复训练动作，提高了用户的主动参与性。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述方法为神经修复术后用镜子进行视觉反馈健侧运动辅助患侧康复，该方法患者参与感不强，康复效果一般。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于镜像力场的上肢双臂康复机器人方法及系统。

根据本发明提供的一种基于镜像力场的上肢双臂康复机器人导纳控制方法，包括如下步骤：

步骤1：基于多传感信号融合的人机紧耦合健侧力场建模，获得受试者健侧的运动意图；

步骤2：根据受试者健侧的运动意图进行基于状态空间的健患侧生理信号及力场映射，获得受试者患侧的运动轨迹和意图；

步骤3：根据受试者患侧的运动轨迹和意图进行基于力场镜像的健患侧同步耦合控制，进而控制外骨骼的运动。

优选的，所述步骤1包括通过健侧肌电传感器实时预测受试者的运动意图，将交互过程中的作用力建模为阻抗模型，并通过阻抗模型预测受试者的关节状态，其中阻抗模型如公式(1)所示：