CN108983785A - 康复机器人的防碰撞方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种康复机器人的防碰撞方法及系统，所述康复机器人设有一运动机构，所述防碰撞方法包括：通过距离传感器获取障碍物距离康复机器人的距离信息；检测所述距离信息；若所述距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值，则生成第一排斥力；所述第一排斥力作用于所述运动机构以带动所述康复机器人减速运动。本发明采用距离传感器获取障碍物与康复机器人的距离信息后，在检测到距离信息在预设范围内时，对驱动康复机器人的运动机构施加排斥力，以减缓康复机器人的运动，在保证碰撞防护的可靠性的同时保证患者康复训练过程的连贯性，同时采用距离传感器也显著降低了现有康复机器人使用的大量传感器所产生的成本。
Description
技术领域
本发明属于康复机器人控制领域，特别涉及一种康复机器人的防碰撞方法及系统。
背景技术
康复机器人作为一种康复医疗设备，通过辅助患者进行科学地、有效地康复训练，从而达到恢复患者运动功能的目的，它在康复训练中为避免他人与康复机器人之间的不当接触与碰撞，需要康复机器人具有良好的碰撞防护功能，保障正常的康复训练需求。
现有的碰撞防护方法多基于接触式传感器或设备的防护方法(如力传感器)，但是，采用常用力传感器进行接触力检测作为碰撞防护的方法，需要高成本的力传感器其精度及可靠性才能满足康复机器人需求，尤其对于防碰撞面比较大的康复机器人设备，需要布置大量传感器，这将显著提高设备自身成本，同时对硬件、控制器要求高，另外，该方法的检测前提是在他人已经触碰到康复机器人的情况下，即使采取防护措施，可能已经发生事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中基于接触式传感器的康复机器人碰撞防护方法的成本高、要求高且不能起到预防碰撞的缺陷，提供一种康复机器人的防碰撞方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种康复机器人的防碰撞方法，所述康复机器人设有一运动机构，所述防碰撞方法包括：
通过距离传感器获取障碍物距离康复机器人的距离信息；
检测所述距离信息；
若所述距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值，则生成第一排斥力；
所述第一排斥力作用于所述运动机构以带动所述康复机器人减速运动。
较佳地，所述检测所述距离信息的步骤之后，所述防碰撞方法还包括：
若所述距离信息不大于所述第一距离阈值，则生成第二排斥力；
所述第二排斥力作用于所述运动机构以控制所述康复机器人停止运动。
较佳地，通过以下公式计算得到所述第一排斥力：
其中，F为第一排斥力，η为排斥力常数，ρ为距离信息，ρstop为第一距离阈值，ρ0为第二距离阈值。
较佳地，所述检测所述距离信息的步骤之前，所述防碰撞方法还包括：
根据所述距离信息判断所述康复机器人是否沿着远离所述障碍物的方向运动，若否，则执行所述检测所述距离信息的步骤。
较佳地，所述距离传感器为多个，所述通过距离传感器测量障碍物距离康复机器人的距离信息的步骤具体包括：
测量每个距离传感器与所述障碍物的单一距离；
选取所有单一距离的最小值作为所述距离信息。
一种康复机器人的防碰撞系统，所述康复机器人设有一运动机构，所述防碰撞系统包括距离传感器、检测模块和排斥力生成模块；
所述距离传感器用于获取障碍物距离康复机器人的距离信息；
所述检测模块用于检测所述距离信息所述排斥力生成模块用于在所述距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值时生成第一排斥力，所述第一排斥力作用于所述运动机构以带动所述康复机器人减速运动。
较佳地，所述排斥力生成模块还用于在所述距离信息不大于所述第一距离阈值时生成第二排斥力，所述第二排斥力作用于所述运动机构以控制所述康复机器人停止运动。
较佳地，所述排斥力生成模块通过以下公式计算得到所述第一排斥力：
其中，F为第一排斥力，η为排斥力常数，ρ为距离信息，ρstop为第一距离阈值，ρ0为第二距离阈值。
较佳地，所述防碰撞系统还包括判断模块；
所述判断模块用于根据所述距离信息判断所述康复机器人是否沿着远离所述障碍物的方向运动，若否，则调用所述检测模块。
较佳地，所述距离传感器为多个，所述防碰撞系统包括距离信息选取模块；
所述距离传感器用于测量每个距离传感器与所述障碍物的单一距离；
所述距离信息选取模块用于选取所有单一距离的最小值作为所述距离信息。
较佳地，所述距离传感器为测距雷达。
本发明的积极进步效果在于：本发明的康复机器人的防碰撞方法，采用距离传感器获取障碍物与康复机器人的距离信息后，在检测到距离信息在预设范围内时，对驱动康复机器人的运动机构施加排斥力，以减缓康复机器人的运动，在保证碰撞防护的可靠性的同时保证患者康复训练过程的连贯性，同时采用距离传感器也显著降低了现有康复机器人使用的大量传感器所产生的成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的康复机器人的防碰撞方法的流程图。
图2为本发明实施例2的康复机器人的防碰撞方法的流程图。
图3为本发明实施例3的康复机器人的防碰撞系统的模块示意图。
图4为本发明实施例4的康复机器人的防碰撞系统的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种康复机器人的防碰撞方法，如图1所示，所述康复机器人设有一运动机构，所述防碰撞方法包括：
步骤110、通过距离传感器获取障碍物距离康复机器人的距离信息；所述距离传感器可以采用测距雷达；
步骤120、检测所述距离信息；若距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值，则执行步骤130；
步骤130、生成第一排斥力，然后返回步骤110；所述第一排斥力作用于所述运动机构以带动所述康复机器人减速运动。
其中，所述距离传感器为多个，步骤110具体包括：
测量每个距离传感器与所述障碍物的单一距离，并选取所有单一距离的最小值作为所述距离信息。
本实施例中，采用距离传感器获取障碍物与康复机器人的距离信息后，在检测到距离信息在预设范围内时，对驱动康复机器人的运动机构施加排斥力，以减缓康复机器人的运动，在保证碰撞防护的可靠性的同时保证患者康复训练过程的连贯性，同时采用距离传感器(测距雷达)也显著降低了现有康复机器人使用的大量传感器所产生的成本。
实施例2
本实施例的康复机器人的防碰撞方法是在实施例1的基础上进一步改进，如图2所示，步骤120中，若距离信息不大于第一距离阈值，则执行步骤131；
步骤131、生成第二排斥力，然后返回步骤110；所述第二排斥力作用于所述运动机构以控制所述康复机器人停止运动。
另外，需要说明的是，若是检测到所述距离信息不小于所述第二距离阈值，则认为障碍物并不会影响康复机器人的运作，此时不需要在运动机构上额外作用排斥力，正常执行即可；
上述步骤中，可以通过以下公式计算得到排斥力：
其中，Frep为排斥力，F为第一排斥力，Fmax第二排斥力，η为排斥力常数，ρ为距离信息，ρstop为第一距离阈值，ρ0为第二距离阈值。
需要说明的是，根据上述距离阈值的限定，可以将故障机器人的周围区域划分为禁止区和过渡区，禁止区的范围即为ρ<ρstop，过渡区的范围即为ρstop≤ρ<ρ0，当检测到障碍物到达(此处的到达并非仅限于障碍物靠近故障机器人，也可能是故障机器人在运动过程中靠近障碍物)禁止区时，对运动机构施加一个较大的排斥力即第二排斥力，使得运动机构停止驱动康复机器人运动，此处，为了避免实际操作是产生过大的力导致设备损坏，可以预先设定力的大小，即Fmax；当检测到障碍物到达过渡区时，根据距离信息生成第一排斥力，作用于运动机构后驱动所述康复机器人，使得康复机器人靠近障碍物的趋势变得越来越难，一旦到达禁止区时直接停止。
另外，参见图2，步骤120之前，所述防碰撞方法还包括：
步骤111、根据距离信息判断康复机器人是否沿着远离障碍物的方向运动，若否，则执行步骤120，若是，则认为障碍物并不会影响康复机器人的运作；
需要说明的是，此处对是否远离的判定是基于障碍物和康复机器人的相对运动来说，举个特殊情况，若两者动处于运动状态，且运动方向相同，障碍物在前，康复机器人在后，若康复机器人的运动速度大于障碍物，则也是认为康复机器人正远离障碍物的。
实施例3
一种康复机器人的防碰撞系统，如图3所示，所述康复机器人1设有一运动机构2，所述防碰撞系统3包括距离传感器31、检测模块32和排斥力生成模块33；
所述距离传感器31用于获取障碍物距离康复机器人1的距离信息；所述距离传感器31为测距雷达；
所述检测模块32用于检测所述距离信息所述排斥力生成模块33用于在所述距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值时生成第一排斥力，所述第一排斥力作用于所述运动机构2以带动所述康复机器人1减速运动。
所述距离传感器31为多个，所述防碰撞系统3包括距离信息选取模块34；
所述距离传感器31用于测量每个距离传感器31与所述障碍物的单一距离；
所述距离信息选取模块34用于选取所有单一距离的最小值作为所述距离信息。
本实施例中，采用距离传感器获取障碍物与康复机器人的距离信息后，在检测到距离信息在预设范围内时，对驱动康复机器人的运动机构施加排斥力，以减缓康复机器人的运动，在保证碰撞防护的可靠性的同时保证患者康复训练过程的连贯性，同时采用距离传感器(测距雷达)也显著降低了现有康复机器人使用的大量传感器所产生的成本。
实施例4
本实施例的康复机器人的防碰撞系统是在实施例3的基础上进一步改进，如图4所示，所述排斥力生成模块33还用于在所述距离信息不大于所述第一距离阈值时生成第二排斥力，所述第二排斥力作用于所述运动机构2以控制所述康复机器人1停止运动。
另外，需要说明的是，若是检测到所述距离信息不小于所述第二距离阈值，则认为障碍物并不会影响康复机器人的运作，此时不需要在运动机构上额外作用排斥力，正常执行即可；
所述排斥力生成模块33通过以下公式计算得到排斥力：
其中，Frep为排斥力，F为第一排斥力，Fmax第二排斥力，η为排斥力常数，ρ为距离信息，ρstop为第一距离阈值，ρ0为第二距离阈值。
需要说明的是，根据上述距离阈值的限定，可以将故障机器人的周围区域划分为禁止区和过渡区，禁止区的范围即为ρ<ρstop，过渡区的范围即为ρstop≤ρ<ρ0，当检测到障碍物到达(此处的到达并非仅限于障碍物靠近故障机器人，也可能是故障机器人在运动过程中靠近障碍物)禁止区时，对运动机构施加一个较大的排斥力即第二排斥力，使得运动机构停止驱动康复机器人运动，此处，为了避免实际操作是产生过大的力导致设备损坏，可以预先设定力的大小，即Fmax；当检测到障碍物到达过渡区时，根据距离信息生成第一排斥力，作用于运动机构后驱动所述康复机器人，使得康复机器人靠近障碍物的趋势变得越来越难，一旦到达禁止区时直接停止。
另外，所述防碰撞系统3还包括判断模块35；
所述判断模块35用于根据所述距离信息判断所述康复机器人1是否沿着远离所述障碍物的方向运动，若否，则调用所述检测模块32。
需要说明的是，此处对是否远离的判定是基于障碍物和康复机器人的相对运动来说，举个特殊情况，若两者动处于运动状态，且运动方向相同，障碍物在前，康复机器人在后，若康复机器人的运动速度大于障碍物，则也是认为康复机器人正远离障碍物的。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种康复机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述康复机器人设有一运动机构，所述防碰撞方法包括：
通过距离传感器获取障碍物距离康复机器人的距离信息；
检测所述距离信息；
若所述距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值，则生成第一排斥力；
所述第一排斥力作用于所述运动机构以带动所述康复机器人减速运动。
2.如权利要求1所述的康复机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述检测所述距离信息的步骤之后，所述防碰撞方法还包括：
若所述距离信息不大于所述第一距离阈值，则生成第二排斥力；
所述第二排斥力作用于所述运动机构以控制所述康复机器人停止运动。
3.如权利要求1所述的康复机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述防碰撞方法通过以下公式计算得到所述第一排斥力：
其中，F为第一排斥力，η为排斥力常数，ρ为距离信息，ρstop为第一距离阈值，ρ0为第二距离阈值。
4.如权利要求1所述的康复机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述检测所述距离信息的步骤之前，所述防碰撞方法还包括：
根据所述距离信息判断所述康复机器人是否沿着远离所述障碍物的方向运动，若否，则执行所述检测所述距离信息的步骤。
5.如权利要求1所述的康复机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述距离传感器为多个，所述通过距离传感器测量障碍物距离康复机器人的距离信息的步骤具体包括：
测量每个距离传感器与所述障碍物的单一距离；
选取所有单一距离的最小值作为所述距离信息。
6.一种康复机器人的防碰撞系统，其特征在于，所述康复机器人设有一运动机构，所述防碰撞系统包括距离传感器、检测模块和排斥力生成模块；
所述距离传感器用于获取障碍物距离康复机器人的距离信息；
所述检测模块用于检测所述距离信息所述排斥力生成模块用于在所述距离信息大于第一距离阈值且小于第二距离阈值时生成第一排斥力，所述第一排斥力作用于所述运动机构以带动所述康复机器人减速运动。
7.如权利要求7所述的康复机器人的防碰撞系统，其特征在于，所述排斥力生成模块还用于在所述距离信息不大于所述第一距离阈值时生成第二排斥力，所述第二排斥力作用于所述运动机构以控制所述康复机器人停止运动。
8.如权利要求7所述的康复机器人的防碰撞系统，其特征在于，所述排斥力生成模块通过以下公式计算得到所述第一排斥力：
其中，F为第一排斥力，η为排斥力常数，ρ为距离信息，ρstop为第一距离阈值，ρ0为第二距离阈值。
9.如权利要求7所述的康复机器人的防碰撞系统，其特征在于，所述防碰撞系统还包括判断模块；
所述判断模块用于根据所述距离信息判断所述康复机器人是否沿着远离所述障碍物的方向运动，若否，则调用所述检测模块。
10.如权利要求7所述的康复机器人的防碰撞系统，其特征在于，所述距离传感器为多个，所述防碰撞系统包括距离信息选取模块；
所述距离传感器用于测量每个距离传感器与所述障碍物的单一距离；
所述距离信息选取模块用于选取所有单一距离的最小值作为所述距离信息。
11.如权利要求7所述的康复机器人的防碰撞系统，其特征在于，所述距离传感器为测距雷达。
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