CN107205697A - 以机器人支持的训练系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的训练系统包括：机器人(10)；由机器人引导的操纵面(30A)；活动性检测装置(40)，其用于确定使用者(20)的生物力学负荷和/或心血管负荷，尤其是基于操纵面的由所述训练系统的力检测装置(12)所确定的加载来确定；以及控制装置(40)，其用于基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来调节所述机器人。

Description

以机器人支持的训练系统
技术领域
本发明涉及一种具有由机器人引导的操纵面的训练系统、一种用于调节该训练系统的机器人的方法以及一种用于执行该方法的计算机程序产品。
背景技术
由WO 2011/076240 A1已知一种具有机器人的理疗装置，机器人引导一操纵面。该操纵面可以沿着预先给定的轨迹被引导，以便被动式(passiv)训练使用者。六维的力-力矩测量还能够实现等量、偏心或同心的训练，其方式是，机器人施加力到操纵面上，该力相应于由使用者所表现出的力(等量训练)，略微超过该力，从而使得操纵面逆着使用者的阻力运动(偏心训练)，或略微低于该力，从而使得使用者逆着机器人的阻力使操纵面运动(同心训练)。
作为安全系统而设置紧急停止或中断开关(Notaus-oder Totmann-Schalter)，该紧急停止或中断开关使机器人立即停止。
发明内容
本发明的目的是改善经机器人支持的训练。
该目的通过具有权利要求1的特征的训练系统来实现。权利要求12、13提出保护一种用于调节这里所描述的训练系统的机器人的方法以及一种用于执行该方法的计算机程序产品、尤其是数据载体或者说存储介质。从属权利要求涉及有利的改进方案。
按照本发明的一方面，训练系统具有机器人。该机器人在一实施方案中具有一个或多个臂，所述臂分别具有至少六个、尤其是电动马达式被致动(aktuierten)的关节、尤其是转动关节，这些转动关节尤其具有成对彼此垂直的或平行的转动轴线。在一改进方案中，机器人具有至少一个臂，该臂具有至少七个关节，其中，有利地尤其可以为了避免奇异姿势(Posen)而使用该冗余。
在一实施方案中，训练系统具有至少一个操纵面，所述至少一个操纵面尤其能松脱地在机器人、尤其是机器人法兰上紧固、尤其是被紧固，该机器人法兰相对于尤其固定于周围环境的机器人基部具有由机器人的所有关节所限定的自由度，并且所述至少一个操纵面由此由机器人引导或被引导。
操纵面被设置或者说被设立作为使用者接口或与机器人的接触处。该操纵面在一实施方案中能是至少基本上平坦的，例如可具有用于支承一个或两个脚的平台。同样地，操纵面也可以尤其圆柱形地被弯曲，例如具有用于以一只手或两只手来握的把手。在一实施方案中，操纵面相应于体育器械的接触面(例如田径标枪的杆、高尔夫球杆的把手等等)，使用者利用该训练系统来训练使用该体育器械。在一实施方案中，操纵面具有由塑料或橡胶制成的覆层和/或表面结构部。由此可以有利地改善使用者的抓握性或接触。在一实施方案中，操纵面被设置或设立用于与一只或两只脚、手和/或其它身体部分、例如背部、肩部等等接触，或在运行中被它们接触。
在一实施方案中，训练系统具有力检测装置，用于确定操纵面的加载。该加载在一实施方案中包括沿一个或多个、尤其三个、优选彼此垂直的方向的力和/或沿一个或多个、尤其三个、优选彼此垂直的方向的转矩。为了较紧凑的表达，本发明也将反平行的力偶或转矩概括表示为(一个)力。
在一实施方案中，力检测装置具有尤其是多维、优选六维的力和/或力矩传感器，该力和/或力矩传感器在一实施方案中可以布置在机器人法兰与操纵面之间、尤其是机器人法兰与用于将操纵面能松脱地紧固在机器人法兰上的联接器之间。
附加地或替换地，力检测装置具有在机器人的一个或多个、尤其是所有关节中的一个或多个力传感器、尤其是转矩传感器。尤其在考虑机器人的力学模型、尤其是它的惯性的情况下，从中同样可以确定由机器人引导的操纵面的一维或多维的加载。
根据本发明的一方面，训练系统具有活动性检测装置，其用于尤其基于操纵面的由力检测装置所确定的加载来确定使用者的生物力学负荷和/或心血管负荷。
生物力学负荷在一实施方案中包括、尤其就是使用者的支撑器官和/或运动器官、尤其是关节、肌肉、韧带和/或肌腱的尤其力学的负荷或应力，尤其是使用者的运动器官的关节、尤其是骨骼的负荷或应力。支撑器官和运动器官的力学负荷在一实施方案中包括在支撑器官和运动器官的生物结构上的、尤其是在肌肉、韧带、肌腱、软骨、骨头和/或关节面上的力、转矩、拉力和/或张力，尤其是生物力学参数、关节力矩和/或关节力。相应地，在一实施方案中，生物力学负荷例如包括尤其是关节面、臀部关节、膝关节和/或脚关节、臀部伸肌和/或屈肌、大腿肌肉和/或小腿肌肉、膝关节和/或脚关节的外韧带、内韧带和/或十字韧带、腿筋等等的负荷。
心血管负荷在一实施方案中包括、尤其就是使用者的心血管或心脏循环系统的负荷或应力。
在一实施方案中，生物力学负荷和/或心血管负荷尤其包括剧烈负荷或在操纵训练系统期间出现的负荷。附加地或替换地，生物力学负荷和/或心血管负荷尤其可以包括长时间出现的或在操纵训练系统之后出现的负荷。
生物力学负荷尤其可以包括尤其是使用者的运动器官和/或组织结构的力学上的力和/或力矩和/或(潜在的)损坏或损耗。附加地或替换地，在本发明的意义上，生物力学负荷也可以包括训练效果、尤其是使用者的能力相对于初始状态的改善。在生物上表示了对机械负荷的反应的这种训练效果，在本发明中也被概括为生物力学负荷。
如果使用者加载所述承载面，那么作为反应从中产生生物力学负荷，尤其是使用者的运动器官的生物力学负荷，和/或心血管负荷、尤其是使用者的心脏循环系统的心血管负荷。相应地，尤其受模型支持地，基于操纵面的被确定的加载也可以确定使用者的生物力学负荷和/或心血管负荷。
迄今为止的训练装置、尤其是还有开头提到的WO 2011/076240 A1然而没有考虑使用者的生物力学负荷和/或心血管负荷，而是专注于操纵面本身的(绝对的)加载，其方式是，这些操纵面例如表现出作用到操纵面上的特定的力。
但是，这可能不利地对使用者、尤其是他的运动器官和/或他的心脏循环系统造成负荷，尤其是过载或在训练视角下不甚理想地负荷。如果例如在功能柱(Funktionsstemme)中仅沿一移动方向预先给定恒定的力，那么该恒定的力可以视起作用的杠杆臂的不同而使肌肉负担过轻或过重。附加地，如果该移动方向不与腿轴线或膝盖关节轴线相关联的话，例如会使膝盖过载。
因此，按照本发明的一方面，训练系统具有控制装置，该控制装置基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来调节所述机器人、尤其是该机器人的驱动器，或为此尤其是在硬件技术和/或软件技术上被设置。
以这种方式可以有利地减少生物力学的和/或心血管的错误负荷的、尤其是过载的危险。因此，例如可以基于操纵面的被确定的加载来确定在使用者膝关节中起作用的力和力矩并将该力和力矩与预先给定的、尤其是预期的和/或允许的负荷进行比较。然后，控制装置可以以如下方式调节机器人，即，使作用在使用者的膝关节中的力和力矩接近预期的负荷或不超过允许的负荷。
附加地或替换地，因此可以改善训练刺激。可以示例性地基于操纵面的被确定的加载来确定例如膝伸肌中的肌肉应力，并将其与预先给定的优化的训练刺激进行比较。然后，控制装置可以以如下方式调节机器人，即，在使用者膝伸肌中起作用的力接近预期的训练负荷，例如在准杠杆臂(werdendem Hebelarm)较大的情况下提高机器人作用到操纵面上的(反)力等等。
就像前面阐述的那样，在本发明的意义上生物力学负荷可以包括力学上的力和/或力矩和/或训练效果。相应地，在一实施方案中，控制装置可以比较尤其使用者的关节、肌肉、韧带和/或肌腱中的预先给定的和被确定的力和/或力矩，和/或比较预先给定的和被确定的、尤其是肌肉的、组织的和/或运动机能的训练效果，并基于该预先给定的和被确定的生物力学负荷来调节机器人或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。由此一般性地，控制装置以如下方式在一实施方案中调节机器人，使得使用者的预先给定的与被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷之间的差值被减少，或为此尤其在硬件技术上和/或软件技术上进行设置。
在一实施方案中，活动性检测装置基于至少一个生物力学模型和/或心血管模型来确定使用者的负荷，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上被设置。生物力学模型或心血管模型在一实施方案中将操纵面的加载与使用者的生物力学负荷或心血管负荷联系起来，尤其是以相关联的方式、尤其是一维或多维映射(Abbildung)的方式。
在一实施方案中，活动性检测装置具有多个生物力学模型和/或心血管模型、尤其是模型模块(Modellmodule)，它们在一改进方案中映射使用者运动器官的不同部分和/或具有不同的复杂度。在一实施方案中，然后活动性检测装置以可选方式、尤其视应用情况、尤其是训练计划的不同从这些模块中分别建立一生物力学模型或心血管模型，在其基础上然后确定使用者的负荷。在一实施方案中，面向对象地实现一个或多个生物力学模型和/或心血管模型，这尤其可以使其结合变得容易。
在一实施方案中可使一个或多个生物力学模型和/或心血管模型参数化，尤其以便使其个体地适配一使用者。在一实施方案中，模型的参数由使用者或训练员输入或从数据库中确定，尤其是通过识别使用者身份并从存储装置中调出与该使用者身份相联系的参数。
附加地或替换地，也可由训练系统自己确定、尤其是识别或估计这些参数中的一个或多个参数。因此，例如可以通过操纵面的尤其逆着预先给定的阻力的一次或多次运动来确定使用者的一个或多个关节的最大运动范围和/或一个或多个肌肉的最大的力。
在一实施方案中，活动性检测装置附加地或替换地基于使用者的被确定的状态来确定使用者的生物力学负荷和/或心血管负荷，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。尤其在一实施方案中，生物力学模型或心血管模型可以将操纵面的加载和使用者的被确定的状态与使用者的生物力学负荷或心血管负荷联系起来，尤其是以相关联的方式、尤其是一维或多维映射的方式。
使用者的状态尤其可以包括、尤其就是使用者的一个或多个参照物的、尤其关节点或关节轴线的位置、速度和/或加速度。在一实施方案中，(也)借助于超声波来确定使用者的状态。相应地，在一实施方案中，活动性检测装置具有至少一个超声波传感器。
因此，例如可以基于布置在使用者身上的标记装置的被检测到的位置和/或基于在使用者的一图像中通过图像识别出参照物的位置、尤其是基于生物力学模型和/或心血管模型来确定使用者的关节位置和/或肌肉位置，并因此确定在那里起作用的负荷。
相应地，在一实施方案中，活动性检测装置基于使用者的、尤其是使用者的一个或多个参照物的被检测到的、尤其是多维的位置和/或加速度来确定使用者的状态，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。尤其为此，所述活动性检测装置可以具有一个或多个布置在使用者身上的、尤其是惯性的位置传感器和/或加速度传感器。这些传感器可以是主动或被动的，或主动检测和传递数据，或被动地通过相应的检测装置来检测数据。
附加地或替换地，活动性检测装置可以具有一个或多个、尤其固定于机器人或周围环境的空间监视传感器，尤其是光栅、扫描仪、摄像机等等。由此，尤其也可以确定使用者的、尤其是使用者的一个或多个参照物的一维、尤其多维的位置和/或加速度，尤其是通过图像识别装置来确定。
使用者的状态附加地或替换地尤其可以包括使用者的神经和/或肌肉活动性。相应地，在一实施方案中，活动性检测装置基于使用者的被检测到的、尤其是多维的神经和/或肌肉活动性来确定使用者的状态，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。尤其为此，所述活动性检测装置可以具有一个或多个布置在使用者身上的EMG传感器。
通过考虑神经活动性和/或肌肉活动性，可以有利地提高精确性和/或解决生物力学模型的冗余。
使用者的状态附加地或替换地尤其可以包括使用者的心血管活动性。相应地，在一实施方案中，活动性检测装置基于使用者的被检测到的、尤其是多维的心血管活动性来确定使用者的状态，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。尤其为此地，活动性检测装置可以具有布置在使用者身上的一个或多个传感器，所述传感器用于确定一维或多维心血管参数、尤其是血压值、脉搏值、血氧含量值(Bluatsauerstoffwertes)等等。
通过考虑心血管活动性，可以有利地在训练时提高精确性和/或安全性。
使用者的状态附加地或替换地尤其可以包括使用者的生物结构的尺寸、尤其是肌肉、肌腱、韧带等的尺寸。相应地，在一实施方案中，活动性检测装置基于使用者的生物结构的被检测到的、尤其是多维的尺寸来确定使用者的状态，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。尤其为此地，活动性检测装置可以具有一个或多个、尤其是非侵入式(nicht-invasive)传感器，所述传感器用于确定使用者的生物结构、尤其是肌肉、肌腱、韧带等等的一维或多维尺寸。在一改进方案中，传感器具有用于检测生物结构的尺寸的成像和/或图像处理装置。
因此在一实施方案中，活动性检测装置或它的传感器例如可以借助于作为生物结构尺寸的超声声像图(Ultrasonographie)来检测或确定髌腱或腿筋的长度，从中确定作为使用者状态的髌腱或腿筋的张力，并由此确定尤其使用者的生物力学负荷，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
在一实施方案中，基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷，控制装置调节力、尤其是该力的方向和/或大小或数值，机器人将该力尤其最小、最大或实时地施加或表现到由机器人引导的操纵面上，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。就像前面阐释的那样，转矩在本发明中也被概括表示为力。
控制装置尤其可以以如下方式调节力的大小和/或方向，使得使用者的被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷接近使用者的预先给定的生物力学负荷和/或心血管负荷或谋求临近该预先给定的生物力学负荷和/或心血管负荷，机器人以该力来加载操纵面、尤其是使其运动，或机器人使该力与操纵面的运动相反。
如果例如确定了膝关节的生物力学过载，那么控制装置可以减少力(机器人以该力来加载操纵面)和/或这样该改变力的方向，使得膝关节的生物力学负荷被减少。尤其地，控制装置可以通过由机器人施加的力的相应取向来将生物力学负荷推移到有利的轴线上。
附加地或替换地在一实施方案中，控制装置基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来通过机器人调节由机器人引导的操纵面的运动、尤其是由机器人引导的操纵面的运动方向和/或速度，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
控制装置尤其可以以如下方式通过机器人来调节操纵面的运动的速度和/或方向，使得使用者的被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷接近使用者的预先给定的生物力学负荷或心血管负荷，或谋求临近该预先给定的生物力学负荷或心血管负荷。
如果又例如确定了膝关节的生物力学过载，那么控制装置可以这样改变由机器人引导的操纵面的运动方向，使得膝关节的生物力学负荷被减少。
在一实施方案中，控制装置适应地调节所述机器人。尤其地，调节参数和/或调节结构可以在训练系统的操纵期间和/或之后由尤其是被识别的使用者自动地改变，尤其是基于在操纵期间被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷被改变。
按照本发明的一方面，训练系统具有安全装置，其用于尤其冗余地、尤其多样式地监视操纵面的加载、使用者的被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷和/或机器人的状态。在一改进方案中，安全装置为此双通道式地检测操纵面的加载和/或使用者的和/或机器人的状态、尤其是一维的、尤其是多维的位置、速度和/或加速度，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
通过对操纵面的加载进行监视，尤其可以识别或避免使用者的(绝对的、取决于他的生物力学的)过载。通过监视机器人的状态，尤其可以识别可能的碰撞和/或故障并对其作出反应。当操纵面的加载本身(还)处在允许范围时，通过监视使用者的被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷有利地也于是可以识别并相应地避免过载。因此例如可以基于操纵面的加载和使用者的状态、尤其是位置，基于生物力学模型来检测：膝关节(例如由于轴线错误姿态(Achsenfehlstellung))过载，即使施加到操纵面上的绝对力还处于本身允许的范围内。
如果确定了操纵面的不允许的加载或使用者的不允许的生物力学负荷和/或心血管负荷或机器人的不允许的状态，那么安全装置在一实施方案中触发错误反应，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
在一改进方案中，如果确定了操纵面的不允许的加载或使用者的生物力学负荷和/或心血管负荷或机器人的不允许的状态，则安全装置执行由机器人引导的操纵面的补偿运动，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置，尤其是在预先给定的初始姿态中进行设置。
通过这种补偿运动，可以尤其与机器人在工效学上的不利姿势或状况中的立即停止相比减少使用者的过载或被夹住的危险。如果例如确定了操纵面的加载超过预先给定的最大值，那么可以替代机器人的单纯停止而将由机器人引导的操纵面移动到初始姿态中，在该初始姿态中，使用者没有被过载和/或可以更好地离开训练系统。
按照本发明的一方面，训练系统具有两个或更多个、尤其是不同的操纵面，这些操纵面以可选方式与机器人能联接，尤其是联接的或被联接。由此可以有利地提供与使用者和/或训练相协调的操纵面，例如具有不同大小的把手、各种平台等等。
在一改进方案中，控制装置识别分别由机器人引导的或联接到机器人(法兰)上的操纵面，并基于被识别出的由机器人引导的操纵面来调节机器人，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
在一改进方案中，操纵面、尤其是电磁式能读取的识别标记和控制装置具有用于尤其电磁式检测所述识别标记的装置。识别标记尤其可以包括、尤其就是RFID收发器(Transponder)。
在一改进方案中，训练系统、尤其是调节机器人的控制装置以完全或部分自动化的方式更换由机器人引导的操纵面，尤其是相对于另一可选地与机器人可联接的操纵面更换由机器人引导的操纵面，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
在一改进方案中，控制装置尤其是无触碰地、尤其是借助于RFID识别使用者，并基于被识别出的使用者来调节机器人，或为此尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。
尤其地，因此可以使用针对使用者个体的训练计划和/或用于调节机器人的生物力学模型的参数。调节尤其也可以包括禁止机器人运动。相应地，所述识别也可以被用于授权以该训练系统来训练。
在一实施方案中，训练系统具有用于将使用者固定在由机器人引导的操纵面上和/或尤其能调节的使用者定位装置上、尤其站立面和/或坐面和/或靠背上的一件式或多件式固定装置。由此可以有利地改善训练。
在一实施方案中，训练系统具有输出装置，该输出装置用于基于被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷尤其光学地或视觉地、触觉地和/或听觉地输出反馈。由此可以向使用者给出生物力学负荷的或心血管负荷的、尤其是训练效果的经计算机支持的回馈，并因此有利地对该训练效果进行改善。
本发明意义上的装置可以在硬件技术和/或软件技术上构造，尤其具有优选与存储系统和/或总线系统在数据或信号上连接的、尤其是数字式的处理单元、尤其是微处理器(CPU)和/或具有一个或多个程序或程序模块。CPU可以被设置用于：运行被实现为储存在存储系统中的程序的命令；检测数据总线的输入信号和/或将输出信号输出到数据总线上。存储系统可以具有一个或多个、尤其是不同的存储介质、尤其是光学的、磁性的、固体的和/或另外的非易失性介质。所述程序可以以如下方式被提供，即，该程序使这里所描述的方法具体化或能够实施，从而使得CPU可以实施这种方法的步骤进而尤其可以调节机器人。
本发明意义上的训练尤其可以包括或追求改善使用者的组织结构、尤其是肌肉、肌腱和/或韧带。附加地或替换地，训练也可以包括或追求使用者的神经方面的改善、尤其是协同方面的(koordinative)改善。相应地，可以尤其基于组织结构的所追求的改善和/或基于所追求的神经方面的改善、尤其是协同方面的改善来预先给定使用者的预先给定的生物力学负荷。
本发明意义上的过载尤其可以包括、尤其就是超过尤其被限定的或预先给定的边界负荷。
在一实施方案中，附加地也基于预先给定的、尤其是特定于使用者的或针对使用者个体的运动程度来调节机器人。相应地，在一实施方案中，控制装置基于预先给定的、尤其是特定于使用者的或针对使用者个体的运动程度被构造用于调节机器人，或尤其在硬件技术和/或软件技术上进行设置。以这种方式有利地尤其可以顾及或维持，治疗方针或限制运动程度。因此，机器人尤其可以以如下方式引导操纵面或控制器以如下方式调节机器人，使得使用者的一个或多个关节和/或肢体在操纵面由机器人引导地运动时仅具有预先给定的运动程度。
附图说明
其他优点和特征由从属权利要求和实施例中获得。为此部分地示意性示出唯一的附图：
图1：根据本发明的一实施方案的训练系统。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一实施方案的训练系统。
该训练系统具有机器人10。机器人具有臂，该臂具有六个电动马达式致动的转动关节，这些转动关节具有以成对方式彼此垂直或平行的转动轴线。
训练系统此外具有多个不同的操纵面30A、30B和30C，这些操纵面以可选方式能松脱地紧固在机器人法兰11上并由此由机器人引导。机器人法兰11相对于固定于周围环境的机器人基部具有由机器人的六个关节所限定的自由度。
在该实施例中，当前被联接的或由机器人引导的操纵面30A具有用于支承使用者的一个或两个脚的平台，从而使得训练系统尤其就像图1中简示的那样可以作为所谓的功能柱起作用。操纵面30B、30C与之相反被构造为用于以一个手(30C)或两个手(30B)来握的把手。
训练系统具有呈六维力/力矩传感器12形式的力检测装置，该力检测装置用于分别沿三个彼此垂直的方向确定操纵面的力加载和力矩加载，该力/力矩传感器布置在机器人法兰11与操纵面30A之间。
所述训练系统具有：活动性检测装置，其用于基于操纵面的被确定的加载来确定使用者20的生物力学负荷；以及控制装置，其用于基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷来调节机器人10的驱动器，所述活动性检测装置和控制装置两个都在控制器40中实现。
在该实施例中，机器人10作为功能柱起作用，在该实施例中，基于生物力学模型、基于加载面30A的被确定的加载来确定作用在使用者20的活动的膝关节中的力和力矩并将其与预先给定的负荷进行比较。然后，控制器40以如下方式调节机器人10，即，使作用在使用者20的膝关节中的力和力矩接近预期的负荷或不超过允许的负荷。
附加地，控制器基于生物力学模型、基于操纵面30A的被确定的加载来确定膝伸肌中的肌肉应力，将该肌肉应力与预先给定的优化训练刺激进行比较并以如下方式来调节机器人10，使得作用在使用者20的膝伸肌中的力接近预期训练负荷。
以这种方式可以有利地避免膝关节的过载，并同时优化地使膝伸肌充分加载(ausbelastet)。
控制器40具有多个生物力学模块，这些生物力学模块映射了使用者的运动器官的不同部分并具有不同的复杂度。控制器40以可选方式、尤其是视训练计划而定从这些模块中分别建立生物力学模型，在该生物力学模型的基础上，控制器确定使用者20的负荷并调节机器人10。
生物力学模型是能编程的，以便使它们个体地适配不同使用者。模型的参数由使用者或训练员输入或从数据库中确定，尤其是通过识别使用者身份并从控制器40的存储装置中调出与该使用者身份相联系的参数。附加地或替换地，也可由训练系统自己确定、尤其是识别或估计这些参数中的一个或多个参数。
控制器40在确定使用者20的负荷时附加地考虑使用者的参照物的位置，所述参照物在本实施例中由固定于周围环境的空间监视传感器、例如摄像机70和相应的图像识别装置来确定。在未示出的变型方案中，使用者的参照物的位置可以附加地或替换地也由布置在使用者身上的位置传感器来确定。在同样未示出的变型方案中，控制器40附加地或替换地可以在确定使用者20的负荷时也考虑使用者20的通过布置在使用者身上的EMG传感器所确定的神经活动性和/或肌肉活动性。
参照物可以具有相对于使用者运动器官的关节、例如膝关节的已知位姿。于是，控制器40可以基于参照物的被检测到的位置来确定膝关节的位置，并基于该位置在考虑操纵面30A的加载的情况下来确定膝关节中的负荷。
在该实施例中，控制器40调节：机器人10施加到由机器人引导的操纵面30A上的力；以及基于使用者的被预先给定的和被确定的生物力学负荷通过机器人来调节由机器人引导的操纵面的运动。
如果例如基于操纵面30A的被确定的加载而确定了使用者20的膝关节的生物力学过载，那么控制器40可减少机器人10加载操纵面30A的力(尤其是与使用者的运动相反(同心训练))，和/或这样地改变该力的方向和/或操纵面30A的运动轨迹，使得减少了膝关节的生物力学负荷，例如操纵面30A的运动与膝关节的运动轴线(更好地)相关联。
训练系统具有安全装置，该安全装置具有安全控制器50，安全控制器用于监视操纵面30A的加载、使用者的被确定的生物力学负荷和机器人10的状态。
安全控制器50两通道地借助于力/力矩传感器12来检测操纵面30A的加载以及借助于光栅71、72来检测机器人10的状态，尤其是位置、速度和/或加速度。附加地，该安全控制器将使用者20的被确定的生物力学负荷与膝盖中的预先给定的允许的生物力学负荷、例如最大允许的力进行比较。
如果安全控制器50检测到操纵面30A的不允许的加载或机器人10的不允许的状态、例如施加到操纵面30A上的力超过预先给定的边界值或机器人10离开了由光栅71、72预先给定的工作空间，或者如果安全控制器50检测到使用者20的不允许的生物力学负荷，那么该安全控制器执行使由机器人引导的操纵面30A进入预先给定的初始姿态中的补偿运动。
附加或替换于光栅71、71和/或摄像机70，安全控制器50也可以通过机器人关节上的位置或关节角度传感器13来检测机器人10的位置。
就像前面已经提到的那样，训练系统在本实施例中具有三个不同的操纵面30A-30C，这些操纵面能够以可选方式与机器人10联接。
控制器40识别分别由机器人引导的或联接到机器人法兰11上的操纵面(在本实施例中30A)并基于识别到的、由机器人引导的操纵面来调节机器人10。为此，不同的操纵面30A-30C分别具有RFID收发器32A、32B或32C，机器人10具有用于电磁式检测分别联接的RFID收发器的装置31。
训练系统具有使用者定位装置60，其具有能调节的坐面和靠背。
虽然在前面的描述中阐释了示例性的实施方案，但是要指出的是很多变型方案是可行的。此外要指出的是，这些示例性实施方案仅仅是示例，它们不应以任何方式限制保护范围、应用方案和结构。确切地说，通过前面的描述给本领域技术人员提供了转换至少一个示例性实施方案的教导，其中，可以在不离开就像从权利要求书中和与权利要求书等效的特征组合中所获得的保护范围的情况下进行尤其关于所描述的组成部分的功能和布置的若干个改变方案。
附图标记列表
10 机器人
11 机器人法兰
12 力/力矩传感器
13 关节角度传感器
20 使用者
30A；
30B，
30C 操纵面
31 用于检测RFID收发器的装置
32A；
32B，
32C RFID收发器
40 (机器人)控制器(活动性检测和控制装置)
50 安全控制器
60 使用者定位装置
70 摄像机(空间监视传感器)
71、72 光栅

Claims (13)

1.一种训练系统，其具有：
机器人(10)；
由机器人引导的操纵面(30A)；
活动性检测装置(40)，用于确定使用者(20)的生物力学负荷和/或心血管负荷、尤其是基于所述操纵面的由所述训练系统的力检测装置(12)所确定的加载来确定；以及
控制装置(40)，用于基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来调节所述机器人。
2.根据权利要求1所述的训练系统，其中，所述活动性检测装置被设置用于，基于使用者的尤其是模块化的和/或能参数化的、生物力学的和/或心血管的至少一个模型和/或被确定的状态来确定使用者的负荷。
3.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，其中，所述活动性检测装置被设置用于，基于使用者的生物结构的被检测到的位置、加速度、神经的和/或肌肉的和/或心血管的活动性和/或尺寸来确定使用者的状态。
4.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，其中，所述活动性检测装置具有至少一个布置在使用者身上的、尤其惯性的位置传感器、加速度传感器、EMG传感器，和/或用于确定心血管参数的至少一个传感器，和/或具有至少一个用于确定使用者的生物结构的尺寸的尤其非侵入式传感器，和/或具有至少一个空间监视传感器(70)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，其中，所述控制装置被设置用于，基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来调节机器人的施加到由机器人引导的操纵面上的力、尤其是力方向和/或力大小，和/或通过机器人调节由机器人引导的操纵面的运动、尤其是运动方向和/或速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，所述训练系统具有安全装置(50)，用于尤其冗余式地监视所述操纵面的加载、使用者的被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷和/或机器人的状态。
7.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，其中，所述安全装置被设置用于，如果确定了所述操纵面的不允许的加载和/或使用者的不允许的生物力学负荷和/或心血管负荷或机器人的不允许的状态，则执行补偿运动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，其中，所述控制装置被设置用于，尤其不触碰地识别使用者(20)并基于被识别出的使用者来调节所述机器人。
9.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，所述训练系统具有至少两个操纵面(30A、30B、30C)，所述至少两个操纵面能够以可选方式与所述机器人联接，其中，所述控制装置被设置用于，至少部分自动化地更换和/或识别由机器人引导的操纵面并基于被识别出的由机器人引导的操纵面来调节所述机器人。
10.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，所述训练系统具有固定装置，所述固定装置用于将使用者固定在由机器人引导的操纵面上和/或使用者定位装置(60)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的训练系统，所述训练系统具有输出装置，所述输出装置用于基于被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来输出反馈。
12.一种用于调节根据前述权利要求中任一项所述的训练系统的机器人的方法，其中，尤其基于所述操纵面的被确定的加载来确定使用者的生物力学负荷和/或心血管负荷，以及基于使用者的预先给定的和被确定的生物力学负荷和/或心血管负荷来调节所述机器人。
13.一种计算机程序产品，其具有程序编码，该程序编码存储在能由计算机读取的介质上，所述计算机程序产品用于执行根据前面权利要求所述的方法。
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