CN106166103A - 一种下肢康复训练机器人系统 - Google Patents

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Abstract

一种下肢康复训练机器人系统，涉及一种康复训练系统，本发明由ARM微处理器（1）、BLDC无刷电机（2）、无刷电机驱动（3）、电源管理系统（4）、模拟量数字量采集系统（5）、全向轮底盘系统（6）、智能视觉处理系统（7）、人机交互界面（8）组成。系统中ARM微处理器接收底盘系统反馈信号、智能视觉处理系统信号以及人机交互界面信号、模拟量数字量采集信号等；本发明采用全方位移动结构使患者能在平面内实现任意方向行走及任意半径转弯，满足不同训练要求；采用托架结构满足患者支撑要求；轮子由无刷直流电机控制，能够按医生的康复训练处方跟踪设定的运动轨迹，又可以行器支撑患者身体并确保安全，又要使患者能在任意方向训练。

Description

一种下肢康复训练机器人系统
技术领域
本发明涉及一种康复训练系统，特别是涉及一种下肢康复训练机器人系统。
背景技术
随着经济发展和社会进步，我国人口结构经历了从年轻型向老年型的转变，人口总规模急剧膨胀，平均寿命不断提高，老龄化速度加快。到2011年，我国60岁以上人口达1.76亿，占总人口的比例已达13.26%，其中80岁以上人口达1992万，失能人口为960万，部分失能为1894万。根据专家预测，我国人口老龄化过程大体要经历两个阶段： 2020年60岁以上的老年人口将从增加到2.4亿，占总人口比例将达到16.6%，人口老龄化继续加速发展；到2050年，60岁以上的老年人口将上升到4亿，占总人口比例将达到26%左右。截至2009年10月，日本65岁以上老人占总人口比例为22.7%，意大利等欧洲国家，加拿大等美洲国家的老龄人口比重也不断增加。人口老龄化已成为全球急需解决的重要问题之一。本发明在此背景下研究如何通过技术手段恢复老龄人及下肢功能障碍患者的下肢功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下肢康复训练机器人系统，采用全方位移动结构使患者能在平面内实现任意方向行走及任意半径转弯，满足不同训练要求；采用托架结构满足患者支撑要求；轮子由无刷直流电机控制，能够按医生的康复训练处方跟踪设定的运动轨迹，又可以行器支撑患者身体并确保安全，又要使患者能在任意方向训练。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种下肢康复训练机器人系统，所述系统包括ARM微处理器、BLDC无刷电机、无刷电机驱动、电源管理系统、模拟量数字量采集系统、全向轮底盘系统、智能视觉处理系统、人机交互界面；系统中ARM微处理器接收底盘系统反馈信号、智能视觉处理系统信号以及人机交互界面信号、模拟量数字量采集信号等，控制输出无刷电机驱动信号并且控制BLDC无刷电机运转，带动全向轮底盘；BLDC无刷电机，通过霍尔编码器向无刷电机驱动输出电机实时数据；无刷电机驱动通过与ARM微处理器通信驱动BLDC无刷电机，使得BLDC无刷电机可以按照要求工作；电源管理系统将锂电池的电量输出给机器人的ARM微处理器、BLDC无刷电机、无刷电机驱动、模拟量数字量采集系统、全向轮底盘系统、智能视觉处理系统等组成部位；模拟量数字量采集系统集成在ARM微处理器电路系统中，分别连无刷电机驱动、机器人全向轮底盘系统和智能视觉处理系统，采集并输出机器人所用的模拟量以及数字量；全向轮底盘系统，采用四轮全向轮独立悬挂设计，BLDC无刷电机通过联轴器连接；智能视觉处理系统，采用WINDOWS 7下的Visual Studio 2013配合OPENCV进行系统构建；人机交互界面，通过上位机或手持移动终端与机器人进行通信。
所述的一种下肢康复训练机器人系统，所述BLDC无刷电机为MAXON直流减速电机。
所述的一种下肢康复训练机器人系统，所述ARM微处理器接收人机交互界面发出的机器人控制指令、反馈以及模拟量数字量信号，按照预先设定的数学模型和控制算法完成指定的运的任务。
所述的一种下肢康复训练机器人系统，所述控制器根据预先设定的机器人参数，执行安全保护、运动提示任务，通过算法控制机器人平稳运行，实现使用下肢康复机器人。
本发明的优点与效果是：
1.本发明是通过下肢康复训练机器人，采用全方位移动结构使患者能在平面内实现任意方向行走及任意半径转弯，满足不同训练要求；采用托架结构满足患者支撑要求；轮子由无刷直流电机控制，能够按医生的康复训练处方跟踪设定的运动轨迹，又可以行器支撑患者身体并确保安全，又要使患者能在任意方向训练。
2.本发明采用全方位移动结构使患者能在平面内实现任意方向行走及任意半径转弯，满足不同训练要求；采用托架结构满足患者支撑要求；轮子由无刷直流电机控制，能够按医生的康复训练处方跟踪设定的运动轨迹，又可以行器支撑患者身体并确保安全，又要使患者能在任意方向训练。
附图说明
图1为本发明全方位移动下肢康复训练机器人系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种全方位移动下肢康复训练机器人装置，由ARM微处理器1、BLDC无刷电机2、无刷电机驱动3、电源管理系统4、模拟量数字量采集系统5、全向轮底盘系统6、智能视觉处理系统7、人机交互界面8组成。本发明是通过下肢康复训练机器人，采用全方位移动结构使患者能在平面内实现任意方向行走及任意半径转弯，满足不同训练要求；采用托架结构满足患者支撑要求；轮子由无刷直流电机控制，能够按医生的康复训练处方跟踪设定的运动轨迹，又可以行器支撑患者身体并确保安全，又要使患者能在任意方向训练。
本发明一种全方位移动下肢康复训练机器人装置是由ARM微处理器接收底盘系统反馈信号、智能视觉处理系统信号以及人机交互界面信号、模拟量数字量采集信号等，控制输出无刷电机驱动信号并且控制BLDC无刷电机运转，带动全向轮底盘。机器人控制器接收人机交互界面发出的机器人控制指令，按照预先设定的数学模型和控制算法完成指定的运的任务。控制器还可根据预先设定的机器人参数，执行安全保护、运动提示等任务，使患者能够更加安心、愉快地进行下肢康复训练。
综上所述，本发明所提供的一种全方位移动下肢康复训练机器人装置是简易可行的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种下肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述系统包括ARM微处理器（1）、BLDC无刷电机（2）、无刷电机驱动（3）、电源管理系统（4）、模拟量数字量采集系统（5）、全向轮底盘系统（6）、智能视觉处理系统（7）、人机交互界面（8）；系统中ARM微处理器接收底盘系统反馈信号、智能视觉处理系统信号以及人机交互界面信号、模拟量数字量采集信号等，控制输出无刷电机驱动信号并且控制BLDC无刷电机运转，带动全向轮底盘；BLDC无刷电机，通过霍尔编码器向无刷电机驱动输出电机实时数据；无刷电机驱动通过与ARM微处理器通信驱动BLDC无刷电机，使得BLDC无刷电机可以按照要求工作；电源管理系统将锂电池的电量输出给机器人的ARM微处理器、BLDC无刷电机、无刷电机驱动、模拟量数字量采集系统、全向轮底盘系统、智能视觉处理系统等组成部位；模拟量数字量采集系统集成在ARM微处理器电路系统中，分别连无刷电机驱动、机器人全向轮底盘系统和智能视觉处理系统，采集并输出机器人所用的模拟量以及数字量；全向轮底盘系统，采用四轮全向轮独立悬挂设计，BLDC无刷电机通过联轴器连接；智能视觉处理系统，采用WINDOWS 7下的Visual Studio 2013配合OPENCV进行系统构建；人机交互界面，通过上位机或手持移动终端与机器人进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种下肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述BLDC无刷电机为MAXON直流减速电机。
3.根据权利要求1所述的一种下肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述ARM微处理器接收人机交互界面发出的机器人控制指令、反馈以及模拟量数字量信号，按照预先设定的数学模型和控制算法完成指定的运的任务。
4.根据权利要求1所述的一种下肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述控制器根据预先设定的机器人参数，执行安全保护、运动提示任务，通过算法控制机器人平稳运行，实现使用下肢康复机器人。
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姜莹: "全方位移动下肢康复机器人的运动控制方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

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