CN105640733A - 一种上肢康复机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种上肢康复机器人及其控制方法，采用升降杆(2)、安装于升降杆上的机械臂(1)以及安装于机械臂上，用于将患者手臂固定于机械臂上的托架结构；以及设置在机械臂的各个关节上的伺服电机(3)，以及用于控制伺服电机的处理器(4)；该上肢康复机器人这样工作：托架结构接纳固定患者手臂；处理器获取与特定康复动作对应的机械臂各关节的空载力矩的集合；处理器根据每个关节的空载力矩计算其角速度，然后控制伺服电机驱动机械臂各关节以其计算得到的角速度运动；机械臂带动患者手臂完成特定康复动作。实施本发明的上肢康复机器人及其控制方法，康复效果好，康复效率高，具有极强的实用性。

Description

一种上肢康复机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及康复治疗器械领域，尤其涉及一种上肢康复机器人及其控制方法。

背景技术

脑中风是指脑部血管闭塞、堵塞而引起的血液循环障碍造成的疾病。最常见的脑中风症状为偏瘫。由于偏瘫造成人体上肢运动困难，直接影响人的生活能力。对其及时治疗使其康复尤为重要，常称为康复治疗。康复治疗最常用的是运动疗法，该疗法以生物力学和神经发育学为基础，通过对患者的患肢进行运动，来促进神经肌肉功能恢复，进而恢复肢体的正常运动功能。在临床治疗过程中，借助徒手或借助简单机械器具，康复医师往复带动肢体做康复运动，执行被动运动锻炼，逐渐使其运动功能恢复到正常人水平。这种方式的训练效率和训练强度难以保证，训练效果受到治疗师水平的影响，而且缺乏评价训练参数和康复效果关系的客观数据，难以对训练参数进行优化以获得最佳治疗方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有肢体康复运动训练效果会受到治疗师水平的影响的问题，提供了一种上肢康复机器人及其控制方法。

本发明就其技术问题提供的技术方案如下：

本发明提供了一种上肢康复机器人的控制方法，该上肢康复机器人包括升降杆、安装于所述升降杆上的机械臂以及安装于所述机械臂上，用于将患者手臂固定于所述机械臂上的托架结构；所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂的各个关节上的伺服电机，以及与所述伺服电机电性连接，用于控制所述伺服电机的处理器；所述控制方法包括以下步骤：

Sa1)所述托架结构接纳固定患者手臂；所述处理器获取与特定康复动作对应的所述机械臂各关节的空载力矩的集合；

Sa2)所述处理器根据每个关节的空载力矩计算其角速度，然后控制所述伺服电机驱动所述机械臂各关节以其计算得到的角速度运动；所述机械臂带动患者手臂完成特定康复动作。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，所述上肢康复机器人还包括与所述处理器电性连接的运动参数获取模块；所述步骤Sa1还包括以下步骤：

所述运动参数获取模块获取所述机械臂各关节的空载力矩的集合，并发送给所述处理器；所述运动参数获取模块为键盘或触摸屏。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂的各个关节上的力矩传感器；所述处理器获取与特定康复动作对应的所述机械臂各关节的空载力矩的集合包括以下步骤：

Sa11)所述托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

Sa12)所述力矩传感器感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于所述机械臂的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器；

Sa13)所述处理器将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得所述机械臂各关节的空载力矩的集合。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，该上肢康复机器人包括升降杆、安装于所述升降杆上的机械臂以及安装于所述机械臂上，用于将患者手臂固定于所述机械臂上的托架结构；所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂的各个关节上的伺服电机和力矩传感器，以及与所述伺服电机电性连接，用于控制所述伺服电机的处理器；所述控制方法包括以下步骤：

Sb1)所述处理器获取与特定康复动作对应的所述机械臂各关节的空载力矩的集合；

Sb2)所述托架结构接纳固定患者手臂；

Sb3)所述力矩传感器感应患者手臂施加于所述机械臂各关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器；

Sb4)所述处理器为所述机械臂每个关节计算其末端力估计值；每个关节的末端力估计值为其空载力矩和其感应力矩的矢量差；所述处理器根据每个关节的末端力估计值计算其角速度，然后控制所述伺服电机驱动所述机械臂各关节以其计算得到的角速度运动；所述机械臂带动患者手臂完成特定康复动作。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，所述上肢康复机器人还包括与所述处理器电性连接的运动参数获取模块；所述步骤Sb1还包括以下步骤：

所述运动参数获取模块获取所述机械臂各关节的空载力矩的集合，并发送给所述处理器；所述运动参数获取模块为键盘或触摸屏。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，所述步骤Sb1包括以下步骤：

Sb11)所述托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

Sa12)所述力矩传感器感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于所述机械臂的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器；

Sa13)所述处理器将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得所述机械臂各关节的空载力矩的集合。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，该上肢康复机器人包括升降杆、安装于所述升降杆上的机械臂以及安装于所述机械臂上，用于将患者手臂固定于所述机械臂上的托架结构；所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂的各个关节上的伺服电机和力矩传感器，以及与所述伺服电机电性连接，用于控制所述伺服电机的处理器；

所述上肢康复机器人还包括与所述机械臂对应，并与所述处理器通讯连接的虚拟臂，所述上肢康复机器人还包括用于显示所述虚拟臂的显示器和用于存储所述虚拟臂的程序的存储器；所述显示器、所述存储器分别与所述处理器电性连接；所述上肢康复机器人还包括与所述处理器通讯连接，用于判断所述虚拟臂是否完成特定康复动作的判断模块，以及与所述处理器通讯连接，用于显示与所述判断模块的判断结果对应的视频结果的结果显示模块；所述控制方法包括以下步骤：

Sc1)所述处理器获取与特定康复动作对应的所述机械臂各关节的空载力矩的集合；

Sc2)所述托架结构接纳固定患者手臂；

Sc3)所述力矩传感器感应患者手臂施加于所述机械臂各关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器；

Sc4)所述机械臂在患者手臂的作用下运动；所述处理器根据每个关节的感应力矩计算其角速度，然后控制所述虚拟臂各关节以其计算得到的角速度运动，并将所述机械臂各关节的感应力矩的集合和空载力矩的集合发送给所述判断模块；

Sc5)所述判断模块判断每个关节的感应力矩是否达到其空载力矩，从而判断所述虚拟臂是否完成特定康复动作，并将其判断结果发送给所述结果显示模块；所述结果显示模块接收所述判断模块发送的判断结果，并在所述显示器上显示与所述判断结果对应的视频结果。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，所述上肢康复机器人还包括与所述处理器电性连接的运动参数获取模块；所述步骤Sc1还包括以下步骤：

所述运动参数获取模块获取所述机械臂各关节的空载力矩的集合，并发送给所述处理器；所述运动参数获取模块为键盘或触摸屏。

本发明上述的上肢康复机器人的控制方法中，所述步骤Sc1还包括以下步骤：

Sc11)所述托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

Sc12)所述力矩传感器感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于所述机械臂的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器；

Sc13)所述处理器将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得所述机械臂各关节的空载力矩的集合。

本发明还提供了一种上肢康复机器人，该上肢康复机器人通过如上所述的控制方法进行控制。

本发明通过运动参数获取模块获取空载力矩，从而使机械臂可以带动患者手臂根据空载力矩进行特定康复运动，而这个特定康复动作不会产生人工偏差，避免了因康复师康复水平而导致康复效果的偏差。本发明还通过采用力矩传感器来感应感应力矩，从而使患者手臂可以根据感应力矩以及空载力矩来实现锻炼患者神经的作用。本发明还通过采用与机械臂对应的虚拟臂，使患者手臂的康复治疗过程具有趣味性；本发明用于上肢康复的康复效果好，康复效率高，具有极强的实用性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的机械臂和升降杆的示意图；

图2为本发明第一实施例的上肢康复机器人的功能模块方框图；

图3为本发明第二实施例的上肢康复机器人的功能模块方框图；

图4为图3所示的康复机器人的原理图；

图5为本发明第三实施例的上肢康复机器人的功能模块方框图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

本发明的技术思路是：设置一与患者手臂匹配，并可将该患者手臂固定的机械臂，并设置运动参数获取模块，用于获取适于机械臂各关节的空载力矩的集合。该空载力矩的集合一般由具有专业知识的医师设定，并通过测量健康测试人员完成该特定康复动作的力矩值得到。本发明还设置用于驱动机械臂运动的伺服电机。该伺服电机根据已设置的空载力矩驱动机械臂运动，从而使机械臂带动固定在该机械臂上的患者手臂进行康复运动。这种机械臂主动带动患者手臂运动的方式主要促进患者手臂的运动功能得到恢复。

本发明还在机械臂上设置用于感应患者手臂施加于机械臂各关节上的感应力矩的集合的力矩传感器；本发明还设置有处理器，并根据机械臂的每个关节的感应力矩以及对应的空载力矩，计算得到其末端力估计值；机械臂的每个关节的末端力估计值为其空载力矩和其感应力矩的矢量差；然后伺服电机以计算得到的末端力估计值施加于对应的关节上，机械臂各关节就会在伺服电机以及患者手臂的共同作用下，完成特定的动作。机械臂在患者手臂和伺服电机的共同作用来带动患者手臂的运动方式主要促进患者手臂与患者运动神经之间的配合能力得到恢复。

本发明还设置一显示器、以及显示在该显示器上的与机械臂对应的虚拟臂，该虚拟臂的各关节可根据感应力矩所感应的感应力矩进行运动。在伺服电机停止工作时，机械臂仅在患者手臂作用下运动。此时，患者在使用机械臂时，也可对虚拟臂进行操作，并可通过虚拟臂完成特定康复动作，而这特定康复动作在显示器上可以表现为完成特定任务的动作，患者可以通过所完成的特定任务，实现康复效果的评估测试，同时也增强了康复训练的趣味性。

第一实施例

参照图1，图1示出了本发明第一实施例的上肢康复机器人。该上肢康复机器人包括机械臂1以及升降杆2；升降杆2垂直地设置在水平面上。升降杆2包括第一杆筒21和第二杆筒22，第一杆筒21垂直设置于水平面上，第二杆筒22可伸缩地同轴穿设于第一杆筒21中，机械臂1安装于第二杆筒22的顶部。这样，通过第二杆筒22和第一杆筒21之间的伸缩运动，可实现升降杆2高度的调整。而通过调整升降杆2高度，可调整机械臂1的高度，从而使该机械臂1的高度可以适配患者的身高。

进一步地，本实施例中，参照图1，上肢康复机器人还包括旋转位置调节关节3，机械臂1通过该旋转位置调节关节3安装于升降杆2上，并可绕升降杆2进行转动。旋转位置调节关节3包括连接杆32以及可转动地同轴穿设于第二杆筒22顶部的旋转轴31；连接杆32一端垂直地固定在旋转轴31上，该连接杆32的另一端与机械臂1连接。这样，当患者施力于机械臂1时，机械臂1会带动连接杆32绕升降杆2转动。

参照图1，机械臂1包括肩部球副运动机构11，以及与该肩部球副运动机构11活动连接的肘部运动机构12，以及与肘部运动机构12活动连接的腕部运动机构13。

具体地，肩部球副运动机构11包括肩部件111、第一运动轴112、第二运动轴113、第一长度调节杆114以及第三运动轴115；本实施例中，肩部件111呈倒L型；第一运动轴112的顶部可转动地垂直安装于连接杆32的远离旋转轴31的一端上，该第一运动轴112的底部固定地安装于肩部件111的顶部。这样，肩部件111可以第一运动轴112为枢轴，相对于连接杆32进行转动。

第二运动轴113共面地安装在肩部件111的底部，第一长度调节杆114垂直地固定安装于第二运动轴113上。本实施例中。肩部件111的底部开设有固定槽111a，该固定槽111a从肩部件111底部的一端延伸到该肩部件111底部的另一端。肩部件111的底部还开设有贯穿该固定槽111a的一侧槽壁的通孔111b；该固定槽111a的另一侧槽壁上开设有与该通孔111b相对的固定孔(图中未示出)。第二运动轴113依次可转动地穿设于通孔111b和固定孔中。第一长度调节杆114的一端设置于固定槽111a中，并固定安装于第二运动轴113上。这样，第二运动轴113的转动可带动第一长度调节杆114相对于肩部件111进行转动。第一长度调节杆114包括固定地安装于第二运动轴113上的第一调节座(图中未标号)，该第一调节座上开设有第一伸缩孔，第一长度调节杆114还包括可伸缩地穿设于该第一伸缩孔中的第一伸缩杆(图中未标号)，通过第一伸缩杆的伸缩运动，可以调整第一长度调节杆114的长度，以适配患者后臂的长度；第一长度调节杆114还包括设置在第一调节座上，用于将第一伸缩杆与第一调节座的位置锁死的第一锁紧件(图中未示出)。第三运动轴115一端可转动地同轴设置在第一长度调节杆114上，肘部运动机构12固定地设置在该第三运动轴115的另一端上。通过第三运动轴115的转动，来模拟后臂的转动。肘部运动机构12包括第四运动轴121、第五运动轴122、第二长度调节杆123以及肘部件124。其中，肘部件124通过第四运动轴121可转动地安装于第三运动轴115上。本发明通过第四运动轴121的转动，来模拟前臂相对于后臂的翻转。第二长度调节杆123通过第五运动轴122可转动地安装于肘部件124上。本发明通过第五运动轴122的转动，来模拟前臂的转动。第二长度调节杆123包括固定地安装于第五运动轴122上的第二调节座(图中未标号)，该第二调节座上开设有第二伸缩孔，第二长度调节杆114还包括可伸缩地穿设于该第二伸缩孔中的第二伸缩杆(图中未标号)，通过第二伸缩杆的伸缩运动，可以调整第二长度调节杆114的长度，以适配患者前臂的长度；第二长度调节杆114还包括设置在第二调节座上，用于将第二伸缩杆与第二调节座的位置锁死的第二锁紧件(图中未示出)。腕部运动机构13可活动地安装于第二伸缩杆上。本实施例中，腕部运动机构13包括握力杆131以及第六运动轴132，握力杆131通过第六运动轴132可活动地安装于第二伸缩杆上。本发明通过第六运动轴132的转动来模拟手掌相对于前臂的转动。

进一步地，本实施例中，上肢康复机器人还包括安装于机械臂1上，用于将患者手臂固定于机械臂1上的托架结构(图中未示出)。

本实施例中，参照图2，具体来说，本实施例中，第一运动轴112、第二运动轴113、第三运动轴115、第四运动轴121、第五运动轴122、第六运动轴132均为机械臂1的关节。上肢康复机器人还包括设置在机械臂1上，用于驱动机械臂1各关节运动的伺服电机3，具体来说，本实施例中，该伺服电机3包括用于驱动第一运动轴112转动的第一电机(图中未示出)，用于驱动第二运动轴113转动的第二电机(图中未示出)，用于驱动第三运动轴115转动的第三电机(图中未示出)，用于驱动第四运动轴121转动的第四电机(图中未示出)、用于驱动第五运动轴122转动的第五电机(图中未示出)以及用于驱动第六运动轴132转动的第六电机(图中未示出)。这里，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机以及第六电机均为旋转气缸。

进一步地，本实施例中，参照图2，上肢康复机器人还包括与伺服电机3电性连接，用于控制伺服电机3的处理器4。具体地，本实施例中，处理器4分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机电性连接。上肢康复机器人还包括与处理器4电性连接，用于获取空载力矩的集合的运动参数获取模块5。一般地，运动参数获取模块5可以为触摸屏、键盘等输入设备。

运动参数获取模块5用于获取使用者(一般为医师或设计机械臂的工程师)设置的与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合，并发送给处理器4。这里，空载力矩的集合包括第一运动轴112的第一空载力矩、第二运动轴113的第二空载力矩、第三运动轴115的第三空载力矩、第四运动轴121的第四空载力矩、第五运动轴122的第五空载力矩、第六运动轴132的第六空载力矩。

处理器4用于接收到运动参数获取模块5发送的空载力矩的集合后，控制伺服电机3根据空载力矩的集合驱动机械臂1各关节运动，从而使机械臂1带动患者手臂运动。具体地，处理器4用于接收第一空载力矩、第二空载力矩、第三空载力矩、第四空载力矩、第五空载力矩以及第六空载力矩后，控制第一电机根据第一空载力矩驱动第一运动轴112转动，控制第二电机根据第二空载力矩驱动第二运动轴113转动，控制第三电机根据第三空载力矩驱动第三运动轴115转动，控制第四电机根据第四空载力矩驱动第四运动轴121转动，控制第五电机根据第五空载力矩驱动第五运动轴122转动，控制第六电机根据第六空载力矩驱动第六运动轴132转动。

本实施例还提供了一种上述上肢康复机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：托架结构接纳固定患者手臂；处理器4获取与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合；

本实施例中，本步骤还包括：运动参数获取模块5获取机械臂1各关节的空载力矩的集合，并发送给处理器4；运动参数获取模块5为键盘或触摸屏。

在另一实施例中，上肢康复机器人还包括设置在机械臂1的各个关节上的力矩传感器6；处理器4获取与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合包括以下步骤：

步骤11：托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

步骤12：力矩传感器6感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于机械臂1的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给处理器4；

步骤13：处理器4将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得机械臂1各关节的空载力矩的集合。

步骤2：处理器4根据每个关节的空载力矩计算其角速度，然后控制伺服电机3驱动机械臂1各关节以其计算得到的角速度运动；机械臂1带动患者手臂完成特定康复动作。这里，处理器4将每个关节的空载力矩计算为该关节的速度量，并利用上肢康复机器人运动学雅克比逆矩阵将该关节的速度量映射为该关节的角速度指令，然后控制伺服电机3驱动该关节以其计算得到的角速度(该角速度包含于角速度指令中)运动。

第二实施例

第二实施例与第一实施例的区别在于，上肢康复机器人还包括力矩传感器。

具体地，参照图3，上肢康复机器人还包括与处理器4电性连接，并设置于机械臂1上，用于感应患者手臂施加于机械臂1各关节上的感应力矩的集合的力矩传感器6。具体地，该力矩传感器6包括用于感应患者手臂施加于第一运动轴112上的第一感应力矩的第一力传感单元(图中未示出)，用于感应患者手臂施加于第二运动轴113上的第二感应力矩的第二力传感单元(图中未示出)，用于感应患者手臂施加于第三运动轴115上的第三感应力矩的第三力传感单元(图中未示出)，用于感应患者手臂施加于第四运动轴121上的第三感应力矩的第四力传感单元(图中未示出)、用于感应患者手臂施加于第五运动轴122上的第五力传感单元(图中未示出)以及用于感应患者手臂施加于第六运动轴132上的第六力传感单元(图中未示出)。并且，第一力传感单元、第二力传感单元、第三力传感单元、第四力传感单元、第五力传感单元、第六力传感单元分别与处理器4电性连接。

力矩传感器6用于将所述感应力矩的集合发送给处理器4，处理器4用于接收力矩传感器6发送的感应力矩的集合，以及运动参数获取模块5发送的空载力矩的集合，从而计算得到机械臂1各关节的末端力估计值，并将机械臂1各关节的末端力估计值发送给伺服电机3。本实施例中，机械臂1的每个关节的末端力估计值为其空载力矩和其感应力矩的矢量差；具体地，本实施例中，机械臂1各关节的末端力估计值包括第一运动轴112的第一末端力估计值、第二运动轴113的第二末端力估计值、第三运动轴115的第三末端力估计值、第四运动轴121的第四末端力估计值、第五运动轴122的第五末端力估计值、第六运动轴132的第六末端力估计值。而第一运动轴112的第一末端力估计值为第一运动轴112的空载力矩和感应力矩的矢量差；第二运动轴113的第二末端力估计值为第二运动轴113的空载力矩和感应力矩的矢量差；第三运动轴115的第三末端力估计值为第三运动轴115的空载力矩和感应力矩的矢量差；第四运动轴121的第四末端力估计值为第四运动轴121的空载力矩和感应力矩的矢量差；第五运动轴122的第五末端力估计值为第五运动轴122的空载力矩和感应力矩的矢量差；第六运动轴132的第六末端力估计值为第六运动轴132的空载力矩和感应力矩的矢量差。

伺服电机3用于接收处理器4发送的机械臂1各关节的末端力估计值，并以该末端力估计值施加于机械臂1对应的关节上，使机械臂1各关节在伺服电机3和患者手臂的共同作用下，完成特定康复动作。患者的神经系统通过感应机械臂施于手臂上的牵引力，从而锻炼患者的运动神经。机械臂在患者手臂和伺服电机的作用下带动患者手臂的运动方式主要促进患者手臂与患者运动神经之间的配合能力得到恢复。

具体地，伺服电机3用于以第一末端力估计值驱动第一运动轴112，以第二末端力估计值驱动第二运动轴113、以第三末端力估计值驱动第三运动轴115、以第四末端力估计值驱动第四运动轴121、以第五末端力估计值驱动第五运动轴122、以第六末端力估计值驱动第六运动轴132。这样，第一运动轴112便在第一感应力矩和第一末端力估计值的作用下转动，第二运动轴113便在第二感应力矩和第二末端力估计值的作用下转动，第三运动轴115便在第三感应力矩和第三末端力估计值的作用下转动，第四运动轴121便在第四感应力矩和第四末端力估计值的作用下转动，第五运动轴122便在第五感应力矩和第五末端力估计值的作用下转动，第六运动轴132便在第六感应力矩和第六末端力估计值的作用下转动。

进一步具体地，处理器4根据末端力估计值计算得到机械臂1各关节的速度量，并利用上肢康复机器人运动学雅克比逆矩阵将机械臂1各关节的速度量映射为机械臂1各关节的角速度指令，并使伺服电机3实现稳定的角速度输出，使机械臂1各关节运动。

进一步地，参照图4，处理器4可以包括末端力合成器41以及末端力控制器42，末端力合成器41用于根据每个关节的感应力矩和空载力矩计算得到其末端力估计值，并将该关节的末端力估计值发送给末端力控制器42；末端力控制器42用于根据每个关节的末端力估计值计算得到该关节的速度量，并利用机器人运动学雅克比逆矩阵将机械臂1各关节的速度量映射为机械臂1各关节的角速度指令，并将该机械臂1各关节的角速度指令发送给伺服电机3的内环关节控制器301，该内环关节控制器301用于将使伺服电机3实现稳定的角速度输出，使机械臂1各关节运动。患者的神经系统可对机械臂1所施加的力做出感应，并实时控制手臂相关肌肉的运动。

本实施例还提供了一种上肢康复机器人的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤1：处理器4获取与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合；

本实施例中，本步骤还包括：运动参数获取模块5获取机械臂1各关节的空载力矩的集合，并发送给处理器4；运动参数获取模块5为键盘或触摸屏。

在另一实施例中，上肢康复机器人还包括设置在机械臂1的各个关节上的力矩传感器6；处理器4获取与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合包括以下步骤：

步骤11：托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

步骤12：力矩传感器6感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于机械臂1的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给处理器4；

步骤13：处理器4将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得机械臂1各关节的空载力矩的集合。

步骤2：托架结构接纳固定患者手臂；

步骤3：力矩传感器6感应患者手臂施加于机械臂1各关节上的感应力矩的集合，并发送给处理器4；

步骤4：处理器4为机械臂1每个关节计算其末端力估计值；每个关节的末端力估计值为其空载力矩和其感应力矩的矢量差；处理器4根据每个关节的末端力估计值计算其角速度，然后控制伺服电机3驱动机械臂1各关节以其计算得到的角速度运动；机械臂1带动患者手臂完成特定康复动作。

第三实施例

第三实施例与第二实施例的区别在于，上肢康复机器人还包括与机械臂对应的虚拟臂、用于存储虚拟臂的程序的存储器，用于显示虚拟臂的显示器、用于判断虚拟臂是否完成特定康复动作的判断模块以及结果显示模块。这里，虚拟臂、判断模块以及结果显示模块都是软件模块。

具体地，本实施例中，参照图5，所述上肢康复机器人还包括与所述机械臂1对应，并与所述处理器4通讯连接的虚拟臂9，所述上肢康复机器人还包括用于显示所述虚拟臂9的显示器7和用于存储所述虚拟臂9的程序的存储器8；所述显示器7、所述存储器8分别与所述处理器4电性连接；所述上肢康复机器人还包括与所述处理器4通讯连接，用于判断所述虚拟臂9是否完成特定康复动作的判断模块10，以及与所述处理器4通讯连接，用于显示与所述判断模块10的判断结果对应的视频结果的结果显示模块100；本实施例中，虚拟臂9、判断模块10以及结果显示模块100都为软件模块。判断模块10和结果显示模块100的程序也都存储于存储器8中。

本实施例还提供了一种上肢康复机器人的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤1：处理器4获取与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合；

本实施例中，本步骤还包括：运动参数获取模块5获取机械臂1各关节的空载力矩的集合，并发送给处理器4；运动参数获取模块5为键盘或触摸屏。

在另一实施例中，上肢康复机器人还包括设置在机械臂1的各个关节上的力矩传感器6；处理器4获取与特定康复动作对应的机械臂1各关节的空载力矩的集合包括以下步骤：

步骤11：托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

步骤12：力矩传感器6感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于机械臂1的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给处理器4；

步骤13：处理器4将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得机械臂1各关节的空载力矩的集合。

步骤2：托架结构接纳固定患者手臂；

步骤3：力矩传感器6感应患者手臂施加于机械臂1各关节上的感应力矩的集合，并发送给处理器4；

步骤4：机械臂1在患者手臂的作用下运动；处理器4根据每个关节的感应力矩计算其角速度，然后控制虚拟臂9各关节以其计算得到的角速度运动，并将机械臂1各关节的感应力矩的集合和空载力矩的集合发送给判断模块10；

步骤5：判断模块10判断每个关节的感应力矩是否达到其空载力矩，从而判断虚拟臂9是否完成特定康复动作，并将其判断结果发送给结果显示模块100；结果显示模块100接收判断模块10发送的判断结果，并在显示器7上显示与判断结果对应的视频结果。

本步骤中，若机械臂1每个关节的感应力矩都达到其空载力矩时，则判断模块10会判断虚拟臂9完成了特定康复动作；结果显示模块100会在显示器7上显示表示成功的视频结果。若机械臂1任一个关节的感应力矩未达到其空载力矩时，则判断模块10会判断虚拟臂9未完成特定康复动作；结果显示模块100会在显示器7上显示表示失败的视频结果。这里，特定康复动作也显示在显示器7上，显示器7上还可有其他图形，使特定康复动作成为煎鸡蛋、摘桃子、空中射击、空中击球等动作。

所述上肢康复机器人还包括与处理器4电性连接的音响110；

所述判断模块10还用于将所述判断结果发送给所述处理器4，所述处理器4还用于控制所述音响110播放与所述判断结果对应的音频结果。

本发明通过运动参数获取模块获取空载力矩，从而使机械臂可以带动患者手臂根据空载力矩进行特定康复运动，而这个特定康复动作不会产生人工偏差，避免了因康复师康复水平而导致康复效果的偏差。本发明还通过采用力矩传感器来感应感应力矩，从而使患者手臂可以根据感应力矩以及空载力矩来实现锻炼患者神经的作用。本发明还通过采用与机械臂对应的虚拟臂，使患者手臂的康复治疗过程具有趣味性；本发明用于上肢康复的康复效果好，康复效率高，具有极强的实用性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，该上肢康复机器人包括升降杆(2)、安装于所述升降杆(2)上的机械臂(1)以及安装于所述机械臂(1)上，用于将患者手臂固定于所述机械臂(1)上的托架结构；所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂(1)的各个关节上的伺服电机(3)，以及与所述伺服电机(3)电性连接，用于控制所述伺服电机(3)的处理器(4)；所述控制方法包括以下步骤：

Sa1)所述托架结构接纳固定患者手臂；所述处理器(4)获取与特定康复动作对应的所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合；

Sa2)所述处理器(4)根据每个关节的空载力矩计算其角速度，然后控制所述伺服电机(3)驱动所述机械臂(1)各关节以其计算得到的角速度运动；所述机械臂(1)带动患者手臂完成特定康复动作。

2.根据权利要求1所述的上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，所述上肢康复机器人还包括与所述处理器(4)电性连接的运动参数获取模块(5)；所述步骤Sa1还包括以下步骤：

所述运动参数获取模块(5)获取所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；所述运动参数获取模块(5)为键盘或触摸屏。

3.根据权利要求1所述的上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂(1)的各个关节上的力矩传感器(6)；所述处理器(4)获取与特定康复动作对应的所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合包括以下步骤：

Sa11)所述托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

Sa12)所述力矩传感器(6)感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于所述机械臂(1)的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；

Sa13)所述处理器(4)将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合。

4.一种上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，该上肢康复机器人包括升降杆(2)、安装于所述升降杆(2)上的机械臂(1)以及安装于所述机械臂(1)上，用于将患者手臂固定于所述机械臂(1)上的托架结构；所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂(1)的各个关节上的伺服电机(3)和力矩传感器(6)，以及与所述伺服电机(3)电性连接，用于控制所述伺服电机(3)的处理器(4)；所述控制方法包括以下步骤：

Sb1)所述处理器(4)获取与特定康复动作对应的所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合；

Sb2)所述托架结构接纳固定患者手臂；

Sb3)所述力矩传感器(6)感应患者手臂施加于所述机械臂(1)各关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；

Sb4)所述处理器(4)为所述机械臂(1)每个关节计算其末端力估计值；每个关节的末端力估计值为其空载力矩和其感应力矩的矢量差；所述处理器(4)根据每个关节的末端力估计值计算其角速度，然后控制所述伺服电机(3)驱动所述机械臂(1)各关节以其计算得到的角速度运动；所述机械臂(1)带动患者手臂完成特定康复动作。

5.根据权利要求4所述的上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，所述上肢康复机器人还包括与所述处理器(4)电性连接的运动参数获取模块(5)；所述步骤Sb1还包括以下步骤：

所述运动参数获取模块(5)获取所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；所述运动参数获取模块(5)为键盘或触摸屏。

6.根据权利要求4所述的上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤Sb1包括以下步骤：

Sb11)所述托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

Sa12)所述力矩传感器(6)感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于所述机械臂(1)的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；

Sa13)所述处理器(4)将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合。

7.一种上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，该上肢康复机器人包括升降杆(2)、安装于所述升降杆(2)上的机械臂(1)以及安装于所述机械臂(1)上，用于将患者手臂固定于所述机械臂(1)上的托架结构；所述上肢康复机器人还包括设置在所述机械臂(1)的各个关节上的伺服电机(3)和力矩传感器(6)，以及与所述伺服电机(3)电性连接，用于控制所述伺服电机(3)的处理器(4)；

所述上肢康复机器人还包括与所述机械臂(1)对应，并与所述处理器(4)通讯连接的虚拟臂(9)，所述上肢康复机器人还包括用于显示所述虚拟臂(9)的显示器(7)和用于存储所述虚拟臂(9)的程序的存储器(8)；所述显示器(7)、所述存储器(8)分别与所述处理器(4)电性连接；所述上肢康复机器人还包括与所述处理器(4)通讯连接，用于判断所述虚拟臂(9)是否完成特定康复动作的判断模块(10)，以及与所述处理器(4)通讯连接，用于显示与所述判断模块(10)的判断结果对应的视频结果的结果显示模块(100)；所述控制方法包括以下步骤：

Sc1)所述处理器(4)获取与特定康复动作对应的所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合；

Sc2)所述托架结构接纳固定患者手臂；

Sc3)所述力矩传感器(6)感应患者手臂施加于所述机械臂(1)各关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；

Sc4)所述机械臂(1)在患者手臂的作用下运动；所述处理器(4)根据每个关节的感应力矩计算其角速度，然后控制所述虚拟臂(9)各关节以其计算得到的角速度运动，并将所述机械臂(1)各关节的感应力矩的集合和空载力矩的集合发送给所述判断模块(10)；

Sc5)所述判断模块(10)判断每个关节的感应力矩是否达到其空载力矩，从而判断所述虚拟臂(9)是否完成特定康复动作，并将其判断结果发送给所述结果显示模块(100)；所述结果显示模块(100)接收所述判断模块(10)发送的判断结果，并在所述显示器(7)上显示与所述判断结果对应的视频结果。

8.根据权利要求7所述的上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，所述上肢康复机器人还包括与所述处理器(4)电性连接的运动参数获取模块(5)；所述步骤Sc1还包括以下步骤：

所述运动参数获取模块(5)获取所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；所述运动参数获取模块(5)为键盘或触摸屏。

9.根据权利要求7所述的上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤Sc1还包括以下步骤：

Sc11)所述托架结构接纳固定健康测试人员手臂；

Sc12)所述力矩传感器(6)感应健康测试人员手臂为完成特定康复动作而施加于所述机械臂(1)的各个关节上的感应力矩的集合，并发送给所述处理器(4)；

Sc13)所述处理器(4)将每个关节的感应力矩作为该关节的空载力矩，从而获得所述机械臂(1)各关节的空载力矩的集合。

10.一种上肢康复机器人，其特征在于，该上肢康复机器人通过如权利要求1-9任意一项所述的控制方法进行控制。