[发明专利]一种下肢康复机器人的控制系统及康复训练策略

摘要

本发明公开了一种下肢康复机器人的控制系统及康复训练策略，属于机器人技术和医疗器械技术领域。所述的控制系统包括控制器A、控制器B、控制器C、数据采集卡、无线收发模块、控制主机和惯性测量单元；所述的三个控制器具有相同的结构，分别控制三个弹性驱动器的工作；所述的数据采集卡和无线收发模块采用插装的方式安装在控制主机上；所述的惯性测量单元以绑缚方式穿戴在患者的大腿上的测量点处，用于测量人体髋关节的实际姿态信息，将实际姿态信息传送给控制主机。本发明能适应不同康复训练阶段，实现对髋关节的屈/伸、内旋/外旋、内收/外展等三个自由度运动的单一和组合式的康复训练。

主权项

1.一种下肢康复机器人的控制系统，其特征在于：包括控制器A、控制器B、控制器C、数据采集卡、无线收发模块、控制主机和惯性测量单元；所述的控制器A、控制器B、控制器C具有相同的结构，分别控制弹性驱动器A、弹性驱动器B和弹性驱动器C的工作；所述的数据采集卡和无线收发模块采用插装的方式安装在控制主机上；所述的控制器A、控制器B、控制器C和控制主机都安装在控制机柜中；所述的惯性测量单元以绑缚方式穿戴在患者的大腿上的测量点处，用于测量人体髋关节的实际姿态信息，所述的惯性测量单元通过无线信号传输的形式与所述的无线收发模块相连，将实际姿态信息传送给控制主机；所述的控制主机存储控制程序和算法，对收到的信息调用相应的算法进行处理，实现对机器人的运动控制；所述的算法包括平面运动轨迹生成算法、平面阻抗运动控制算法、人体平面运动解算算法、平面阻抗控制解算算法、电机控制算法、空间运动轨迹生成算法、空间阻抗运动控制算法和人体空间运动解算算法；所述的控制器A内部集成有接口模块、电机驱动模块和通讯模块；所述的弹性驱动器A用于对支链A的驱动，包括编码器、驱动电机、减速器、弹性元件、驱动轴、联轴器和角度传感器；所述的通讯模块与集成在控制主机上的主机通讯模块通过线缆以CAN总线的形式连接，实现控制器A与控制主机之间的通讯；所述的编码器与驱动电机级联，检测驱动电机的运动信息，所述的编码器通过线缆与控制器A的接口模块连接，用于将驱动电机的运动信息反馈给控制器A；所述的电机驱动模块与驱动电机通过线缆连接，根据接口模块接收到的运动信息进行处理生成运动指令发给驱动电机，实现控制器A对驱动电机的运动控制；所述驱动电机的输出轴上连接有减速器，所述的弹性元件的两端分别连接减速器和驱动轴，所述的角度传感器与驱动轴通过联轴器连接，所述的角度传感器与数据采集卡通过信号线缆连接，角度传感器测量到的驱动轴的运动信息通过数据采集卡反馈给控制主机；所述的控制主机解算得到驱动电机的力矩信息，对驱动电机进行控制。