CN109330819A - 主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统及其控制方法，传感器模块，所述传感器模块检测主从式上肢外骨骼康复机器人工作时关节处的主从臂姿态信息、表征患者的运动意图的信息及防止从臂各关节运动超出范围的开关信息；底层运动控制器，接收传感器模块所检测的各种信息并上传至上层主控计算机；上层主控计算机，通过传感器模块获得的数据进行处理得到控制力矩，形成控制指令下发至底层运动控制器，控制机器人从臂驱动机构进行运动，从而驱动机器人从臂执行机构完成相应动作。
Description
技术领域
本发明涉及康复技术领域，特别是涉及主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统及其训练控制方法。
背景技术
偏瘫是脑卒中后最为常见的并发症，其症状表现为患者单侧上肢麻木、肌肉无力，严重时会导致患肢肌肉萎缩甚至丧失运动能力。对于偏瘫患者可以通过训练恢复其活动机能，传统的训练方式是治疗师根据经验提供一对一的助力训练，但这种方式不仅耗费了治疗师大量体力，而且患者自主参与性差，难以达到高水准的治疗效果。另外，我国目前康复医疗现状存在着设备短缺、治疗师配备不足、康复治疗费用高等问题，这就导致了许多偏瘫患者得不到及时有效的治疗，所以许多康复设备应运而生，患者通过康复设备带动患肢进行运动，从而实现康复治疗。
目前国内外许多机构均在康复设备技术开发方面做了大量工作。申请号为201611111802.5的专利文献公开了一种变刚度肘关节康复机器人及其控制方法，通过传感器获取上肢小臂的力与位置信息，选取康复机器人的最优肘关节刚度参数计算出康复机器人的输出力和输出位移，带动患者的上肢肘关节在矢状面进行屈伸动作。
该康复机器人虽然能减缓对患者患肢的冲击，防止对患者的二次伤害，但其活动关节少，仅能对肘关节进行屈伸康复运动，不能有效的对患者肩部、腕部进行训练，所以训练动作少，患者的患肢活动范围有限。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统，机器人从臂执行机构带动患肢跟随主臂健肢运动，达到患肢与健肢协同运动效果。
主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统，包括：
传感器模块，所述传感器模块检测主从式上肢外骨骼康复机器人工作时关节处的主从臂姿态信息、表征患者的运动意图的信息及防止从臂各关节运动超出范围的开关信息；
底层运动控制器，接收传感器模块所检测的各种信息并上传至上层主控计算机；
上层主控计算机，通过传感器模块获得的数据进行处理得到控制力矩，形成控制指令下发至底层运动控制器，控制机器人从臂驱动机构进行运动，从而驱动机器人从臂执行机构完成相应动作。
进一步的，所述传感器模块包括安装在机器人主、从臂执行机构的各个关节处的角位移传感器和速度传感器，用于检测训练过程中主从臂各个关节的位置得到姿态信息；
安装在机器人主臂执行机构的各个关节处的压力传感器，用于检测患者健肢接触力，获取患者的运动意图；及
安装在机器人从臂执行机构的各个关节处的接近开关，用于防止从臂各关节运动超出范围。
进一步的，上述主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统还包括生理指标检测模块，用于在训练过程中患者的生理指标并实时上传至上层主控计算机，当生理指标超过正常范围，上层主控计算机向底层运动控制器下达停机指令，停止训练。
进一步的，所述主从式上肢外骨骼康复机器人的机器人主臂、机器人从臂执行机构分别有五个自由度，分别为肩部部屈/伸关节、肩部内/外旋关节、肘部屈/伸关节、肘部内/外旋关节以及腕关节屈/伸关节。
进一步的，所述主从式上肢外骨骼康复机器人的机器人从臂驱动机构为驱动机器人从臂执行机构的驱动电机，电机的数量与关节的数量一一对应。
本申请还公开了主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，包括：
获取主从臂各个关节运动时的角度信号、速度信号，获取主臂各个关节运动时压力信号和从臂各关节运动时的接近信号；
上述获得的信号由底层运动控制器通过无线局域网上传至上层主控计算机，与此同时生将患者运动时的生理指标上传至上层主控计算机；
上层主控计算机通过主从臂各关节角度信号得到主从臂位姿，通过速度信号判断目前主从臂位姿偏离程度且判断从臂是否在安全速度范围内，从臂各关节接近开关信号判断从臂是否超出活动范围，患者生理指标是否在安全范围内，通过主臂压力信号计算出主臂运动意图，从而计算从臂控制力矩，形成控制指令；
所形成的控制指令下达至底层运动控制器，底层运动控制器驱动机器人从臂驱动机构按照上层主控计算机所形成的指令运动；
机器人从臂驱动机构按照指令运动带动机器人从臂执行机构运动。
进一步的，所述上层主控计算机通过主从臂各关节角度信号得到主从臂位姿：
上层主控计算机通过角位移传感器获得主从臂各个关节角度，测得主臂各关节位置，得到主臂各关节位姿；
主臂位姿通过空间映射得到从臂期望位姿，从臂期望位姿通过逆解计算从而得到从臂各关节期望位姿点和期望角度，其中从臂期望角度与当前从臂各关节角度进行对比，得到角度差值
得到从臂各关节期望位姿点后，与从臂各关节当前位姿点对比进行从臂轨迹规划，将期望位姿点与当前位姿点带入三次样条函数，利用三次样条函数对当前两点间路径进行规划，使从臂运动平稳。
进一步的，通过主臂压力信号计算出主臂运动意图，具体过程为：
主臂各关节设置的成对压力传感器在患者健肢带动主臂运动过程中形成向内的接触力和向外的接触力，最终各关节的最终交互力为两者的差值，方向由两者中较大的那个决定；
得到主臂各关节交互力后对主臂运动意图进行量化，由于主臂压力传感器安装的位置固定，所以得到的交互力到各自关节旋转轴距离也为固定值，利用测得的交互力信号与到旋转轴距离相乘得到的力矩可作为主臂运动意图；
进一步的，利用主臂运动意图，计算从臂控制力矩，形成控制指令，具体为：
设计模糊逼近系统，由量化过后上肢与康复机器人主臂之间的交互力矩组成，构造模糊系统，对于每个自由度的输入变量，定义模糊集合.采用规则来构造系统：
对得到的模糊规则选用乘积推理机中心平均法进行反模糊化，得到系统的输出；
得到模糊逼近系统后，设置控制律，得到最终控制力矩。
进一步的，上层主控计算机实时监测患者生理指标，当血氧饱和度或者心率超出正常范围，向底层运动控制器下达停机指令，机器人停机待命。
进一步的，通过检测康复机器人从臂各关节速度变化和电机转矩变化体现患肢状态，构造函数e＝δ+T，其中δ为传感器模块速度传感器检测到的速度信号，T＝9.55UI/n为从臂关节电机转矩，U为电机电压，I为电机电流，n为电机转速；
当构造函数e大于系统设定阈值时，发出警报，机器人停机待命。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用利用主臂及从臂形成主从式配合，使得控制机器人从臂驱动机构进行运动，从而驱动机器人从臂执行机构完成相应动作，用于代替治疗师帮助患者进行助力训练，帮助患者恢复上肢活动机能，使偏瘫患者能完成一些简单的日常生活活动，重塑其自信心，减轻家庭压力。
2、本发明的控制系统设置有生理指标检测及接近开关，将训练运动在患者能够承受的范围之内，从臂接近开关用于防止从臂各关节运动超出范围，防止对患肢的二次伤害。
3、本发明采用了智能的控制算法，能够根据检测的运动数据控制从臂的精确运动，达到更好的训练效果。
4、本发明康复机器人从臂可以根据患者运动意图跟随主臂运动，能有效地防止抖动误动，可避免对患肢的二次伤害，实验结果表明从臂运动轨迹平滑，无剧烈波动，控制轨迹跟踪主臂效果好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人示意图；
图2：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统框架示意图；
图3：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统能源模块示意图；
图4：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法流程图；
图5：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制算法流程图；
图6：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制算法笛卡尔映射示意图；
图7：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制算法D-H建模示意图；
图8：本发明实施例子主从式上肢外骨骼康复机器人控制算法防止二次伤害流程图；
图中，1、基座，2、控制柜，3、座椅，4、主臂腕关节屈/伸关节，5、主臂肘部屈/伸关节，6、主臂肘部内/外旋关节，7、主臂肩部屈/伸关节，8、主臂肩部内/外旋关节，9、从臂肩部内/外旋关节，10、从臂肩部内/外旋伺服电机，11、从臂肩部屈/伸关节，12、从臂肩部屈/伸伺服电机，13、从臂肘部内/外旋关节，14、从臂肘部内/外旋伺服电机，15、从臂肘部屈/伸关节，16、从臂肘部屈/伸伺服电机，17、从臂腕关节屈/伸关节，18、从臂腕关节屈/伸伺服电机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本申请中实施例子中所涉及的主从式上肢外骨骼康复机器人，具体结构如图1所示，包括基座1、控制柜2、座椅3、机器人主臂、机器人从臂；基座1固定于地面，座椅3置于基座1前部，控制柜2置于基座1后部，与座椅3相对；机器人主臂、机器人从臂安装在基座上部，座椅一侧，座椅一侧右边为机器人主臂，左边为机器人从臂；机器人主臂、机器人从臂分别有五个自由度，为肩部部屈/伸关节、肩部内/外旋关节、肘部屈/伸关节、肘部内/外旋关节以及腕关节屈/伸关节。
具体的，机器人主臂包括主臂腕关节屈/伸关节4，主臂肘部屈/伸关节5，主臂肘部内/外旋关节6，主臂肩部屈/伸关节7，主臂肩部内/外旋关节8；
机器人从臂执行机构包括从臂肩部内/外旋关节9，从臂肩部屈/伸关节11，从臂肘部内/外旋关节13，从臂肘部屈/伸关节15，从臂腕关节屈/伸关节17；
机器人从臂驱动机构包括从臂肩部屈/伸伺服电机12，从臂肘部内/外旋伺服电机14，从臂肘部屈/伸伺服电机16，从臂腕关节屈/伸伺服电机18，从臂肩部内/外旋伺服电机10。
本申请实施例子还具体公开了上述一种主从式上肢外骨骼康复机器人的控制系统，如图2所示，包括：上层主控计算机100、底层运动控制器200、机器人从臂驱动机构300、机器人从臂执行机构400、传感器模块500、能源模块600、生理指标检测模块700。
患者健肢穿戴机器人主臂，患肢穿戴机器人从臂。健肢带动主臂运动，传感器模块500采集主臂、从臂运动信息，通过总线将信息传送至底层运动控制器200；底层运动控制器200通过TCP/IP将运动信息上传至上层主控计算机100；上层主控计算机100处理运动信息并形成控制指令，指令通过TCP/IP下达至底层运动控制器200；底层运动控制器200接收到控制指令后通过驱动器控制机器人从臂驱动机构300按指令运动，从而驱动机器人从臂执行机构400运动带动患肢运动。患者在训练过程中佩戴生理指标检测模块700，通过TCP/IP将患者实时血氧饱和度、心率上传至上层主控计算机100监测患者状态，当患者生理指标超过设定值时上层主控计算机100下发停止指令。整个训练过程由系统能源模块600提供能源支持。
机器人主臂有五个自由度，分别为主臂肩部屈/伸关节7、主臂肩部内/外旋关节8、主臂肘部屈/伸关节5、主臂肘部内/外旋关节6以及主臂腕关节屈/伸关节4；
机器人从臂包括机器人从臂驱动机构和机器人从臂执行机构。
上层主控计算机100通过无线局域网络TCP/IP与底层运动控制器200和生理指标检测模块700相连，用于与所述康复机器人底层运动控制器200进行信息交互，记录训练信息，实时监测患者生理指标，向所述康复机器人底层运动控制器200发送控制指令，实现控制算法；
底层运动控制器200通过无线局域网与上层主控计算机100相连，通过总线与传感器模块500相连，通过驱动器与机器人从臂驱动机构300相连；底层运动控制器200接收上层主控计算机100的控制指令，控制机器人从臂驱动机构进行运动，从而驱动机器人从臂执行机构400完成相应动作，与此同时，底层运动控制器200接收传感器模块500所检测到的信息上传至上层主控计算机100实现信息交互功能。
机器人从臂驱动机构300包括从臂肩部屈/伸伺服电机12、从臂肩部内/外旋伺服电机10、从臂肘部屈/伸伺服电机16、从臂肘部内/外旋伺服电机14以及从臂腕关节屈/伸伺服电机18；机器人从臂驱动机构通过驱动器与底层运动控制器200相连，在底层运动控制器200接收到上层主控计算机100的指令后，机器人从臂驱动机构由底层运动控制器200控制进行运动，驱动机器人从臂执行机构完成相应动作。
机器人从臂执行机构400包括从臂肩部屈/伸关节11、从臂肩部内/外旋关节9、从臂肘部屈/伸关节15、从臂肘部内/外旋关节13以及从臂腕关节屈/伸关节17；所述的机器人从臂执行机构通过机器人从臂驱动机构的驱动，完成上层主控计算机100所下达的任务指令，带动患者患肢进行康复运动。
传感器模块500包括安装在主从臂肩部屈/伸关节(7,11)、主从臂肩部内/外旋关节(8,9)、主从臂肘部屈/伸关节(5,15)、主从臂肘部内/外旋关节(6,13)以及主从臂腕关节屈/伸关节(4,17)的角位移传感器501和速度传感器502，主臂肩部屈/伸关节(7)、主臂肩部内/外旋关节(8)、主臂肘部屈/伸关节(5)、主臂肘部内/外旋关节(6)以及主臂腕关节屈/伸关节(4)的压力传感器503，还包括从臂肩部屈/伸关节(11)、从臂肩部内/外旋关节(9)、从臂肘部屈/伸关节(15)、从臂肘部内/外旋关节(13)以及从臂腕关节屈/伸关节(17)的接近开关504；主从臂各个关节角位移传感器501速度传感器用于检测训练过程中主从臂各个关节的位置得到姿态信息，主臂各关节压力传感器503成对设置用于检测患者健肢接触力，以此获取患者的运动意图，从臂接近开关504用于防止从臂各关节运动超出范围，防止对患肢的二次伤害；所获得的传感器信息通过底层运动控制器200上传至上层主控计算机100，完成信息交互实现运动控制算法。
具体的，以肘关节的屈伸为例，当肘关节弯曲时，内侧传感器测得交互力伸展时肘关节外侧传感器测得交互力最终的肘关节处交互力大小为两者的差值，方向由两者中较大的那个决定，所以要成对设置；具体位置在腕部、肘部、肩部关节活动处。
能源模块600如图3所示，包括220V电源、24V开关电源和5V开关电源，用于对上层主控计算机100、底层运动控制器200、机器人从臂驱动机构300、传感器模块500和生理指标检测模块700提供能源保障。
生理指标检测模块700通过TCP/IP与上层主控计算机100相连，用于在训练过程中检测患者的血氧饱和度与心率，实时上传生理指标至上层主控计算机100，当生理指标超过正常范围，上层主控计算机100向底层运动控制器200下达停机指令，停止训练；
本申请的实施例子还具体公开了一种主从式上肢外骨骼康复机器人的控制方法，它包括以下步骤，如图4所示，
步骤一：患者健肢穿戴主从式上肢外骨骼康复机器人的主臂，健肢运动带动康复机器人主臂运动，传感器模块500的主从臂角位移传感器501、速度传感器502获取主从臂各个关节的角度信号、速度信号，主臂各关节压力传感器503获取压力信号和从臂各关节接近开关504获取接近信号；
步骤二：获取的主从臂各个关节的角度信号、速度信号、主臂各关节的压力信号和从臂各关节接近开关信号由底层运动控制器200通过无线局域网上传至上层主控计算机100，与此同时生理指标检测模块700将患者生理指标上传至上层主控计算机100；
步骤三：上层主控计算机100通过主从臂各关节角度信号得到主从臂位姿，通过速度信号判断目前主从臂位姿偏离程度且判断从臂是否在安全速度范围内，从臂各关节接近开关信号判断从臂是否超出活动范围，患者生理指标是否在安全范围内，通过主臂压力信号计算出主臂运动意图，从而计算从臂控制力矩，形成控制指令；
步骤四：所形成的控制指令通过无线局域网下达至底层运动控制器200，底层运动控制器200通过机器人从臂驱动机构300中的从臂肩部屈/伸伺服电机12、从臂肩部内/外旋伺服电机10、从臂肘部屈/伸伺服电机16、从臂肘部内/外旋伺服电机14以及从臂腕关节屈/伸伺服电机18按照上层主控计算机100所形成的指令运动；
步骤五：机器人从臂驱动机构300按照指令运动带动机器人从臂执行机构400中从臂肩部屈/伸关节11、从臂肩部内/外旋关节9、从臂肘部屈/伸关节15、从臂肘部内/外旋关节13以及从臂腕关节屈/伸关节17运动，进而带动患肢跟随主臂健肢运动，达到患肢与健肢协同运动效果。
步骤三中，上层主控计算机形成指令过程如下，如图5所示
步骤31：上层主控计算机通过角位移传感器获得主从臂各个关节角度，测得主臂各关节位置，得到主臂各关节位姿Pmi,k+1(tk+1,Smi,k+1)(式中Pmi,k+1为离散点，Smi,k+1为主臂关节mi在采样时刻tk+1处的位移)；
主臂各关节位置在获得时，由角位移传感器获得关节运动角度、机器人各个关节长度已知，根据D-H建模正解而得主臂各个关节基于原点的位置；主臂各关节位置由连杆长度、连杆扭转、连杆偏移和关节角度正解而得。
因为此机器人为同型同构，主臂位置确定后，从臂位置通过笛卡尔映射也可确定。
步骤32：主臂位姿Pmi,k+1(tk+1,Smi,k+1)通过笛卡尔空间映射得到从臂期望位姿，如图6所示，从臂期望位姿通过D-H算法逆解计算而得从臂各关节期望位姿点Psi,k+1(tk+1,Ssi,k+1)(式中Ssi,k+1为从臂关节si在采样时刻tk+1处的位移)(如图7所示)和期望角度qd，其中期望角度与当前从臂各关节角度q进行对比，得到角度差值
步骤33：得到期望位姿点Psi,k+1(tk+1,Ssi,k+1)后，与经过笛卡尔映射获得的当前位姿点Psi,k(tk,Ssi,k)对比进行从臂轨迹规划，将期望位姿点Psi,k+1(tk+1,Ssi,k+1)与当前位姿点Psi,k(tk,Ssi,k)带入三次样条函数
S(t)＝At3+Bt2+Ct+D
对速度进行预规划(vsi,k为速度，T为采样周期)，进而得到方程组：
解得A、B、C、D，进而利用三次样条函数对当前两点间路径进行规划，得到从臂两点之间的运动位置，同32得到更精确的角度误差，使从臂运动平稳。
步骤34：主臂各关节设置的成对压力传感器在患者健肢带动主臂运动过程中形成向内的接触力m和向外的接触力m′，最终各关节的最终交互力为两者的差值M，方向由两者中较大的那个决定；
步骤35：得到主臂各关节交互力后对主臂运动意图进行量化，由于主臂压力传感器安装的位置固定(此处需要说明的是只在主臂在腕部、肘部和肩部活动自由度处装有压力传感器；从臂不安装)，所以得到的交互力到各自关节旋转轴距离也为固定值，利用测得的交互力信号M与到旋转轴距离L相乘得到的力矩τm可作为主臂运动意图，具体表达式(i＝1,2,3,4,5为主臂的五个关节)：
步骤36：设计模糊逼近系统由量化过后上肢与康复机器人主臂之间的交互力矩τm组成，构造模糊系统如：θ为可自调参数。Q为关节角、q的一阶导数为关节角速度，q的二阶导数为关节角加速度，对于每个自由度的输入变量定义ji个模糊集合采用条规则来构造系统
对得到的模糊规则选用乘积推理机中心平均法进行反模糊化，得到系统的输出为
步骤37：得到模糊逼近系统后，设计控制律，得到最终控制力矩，控制律为：
式中：分别为从臂关节角度位移量、关节角速度位移量和关节角加速度位移量，D(q)∈Rn×n为从臂惯性力矩阵，表示机器人系统从臂离心力和哥氏力，G(q)∈Rn为重力项，为模糊逼近系统由量化过后上肢与康复机器人主臂之间的交互力矩τm组成；τ为机器人系统的控制力矩，KD＝diag(Ki)，Ki＞0,i＝1,2,…,5，W sgn(s)为鲁邦项Λ为正定矩阵，为角度跟踪误差，(qd为步骤32的期望角度)。
步骤三中，上层主控计算机防护过程如图8所示，从臂各关节限位开关保证从臂各关节活动范围不会超出限定对患者患肢造成二次伤害；上层主控计算机100实时监测患者生理指标，当血氧饱和度或者心率超出正常范围，向底层运动控制器200下达停机指令，机器人停机待命；
通过检测康复机器人从臂各关节速度变化和电机转矩变化体现患肢状态，构造函数e＝δ+T，其中δ为传感器模块速度传感器检测到的速度信号，T＝9.55UI/n为从臂关节电机转矩，U为电机电压，I为电机电流，n为电机转速。构造函数在计算时，针对每个速度信号分别计算得多个函数值。当构造函数e大于系统设定阈值时，系统发出警报，机器人停机待命。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统，其特征是，包括：
传感器模块，所述传感器模块检测主从式上肢外骨骼康复机器人工作时关节处的主从臂姿态信息、表征患者的运动意图的信息及防止从臂各关节运动超出范围的开关信息；
底层运动控制器，接收传感器模块所检测的各种信息并上传至上层主控计算机；
上层主控计算机，通过传感器模块获得的数据进行处理得到控制力矩，形成控制指令下发至底层运动控制器，控制机器人从臂驱动机构进行运动，从而驱动机器人从臂执行机构完成相应动作。
2.如权利要求1所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统，其特征是，所述传感器模块包括安装在机器人主、从臂执行机构的各个关节处的角位移传感器和速度传感器，用于检测训练过程中主从臂各个关节的位置得到姿态信息；
安装在机器人主臂执行机构的各个关节处的压力传感器，用于检测患者健肢接触力，获取患者的运动意图；及
安装在机器人从臂执行机构的各个关节处的接近开关，用于防止从臂各关节运动超出范围。
3.如权利要求1所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统，其特征是，还包括生理指标检测模块，用于在训练过程中患者的生理指标并实时上传至上层主控计算机，当生理指标超过正常范围，上层主控计算机向底层运动控制器下达停机指令，停止训练。
4.如权利要求1所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制系统，其特征是，所述主从式上肢外骨骼康复机器人的机器人主臂、机器人从臂执行机构分别有五个自由度，分别为肩部部屈/伸关节、肩部内/外旋关节、肘部屈/伸关节、肘部内/外旋关节以及腕关节屈/伸关节；
所述主从式上肢外骨骼康复机器人的机器人从臂驱动机构为驱动机器人从臂执行机构的驱动电机，电机的数量与关节的数量一一对应。
5.主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，其特征是，包括：
获取主从臂各个关节运动时的角度信号、速度信号，获取主臂各个关节运动时压力信号和从臂各关节运动时的接近信号；
上述获得的信号由底层运动控制器通过无线局域网上传至上层主控计算机，与此同时生将患者运动时的生理指标上传至上层主控计算机；
上层主控计算机通过主从臂各关节角度信号得到主从臂位姿，通过速度信号判断目前主从臂位姿偏离程度且判断从臂是否在安全速度范围内，从臂各关节接近开关信号判断从臂是否超出活动范围，患者生理指标是否在安全范围内，通过主臂压力信号计算出主臂运动意图，从而计算从臂控制力矩，形成控制指令；
所形成的控制指令下达至底层运动控制器，底层运动控制器驱动机器人从臂驱动机构按照上层主控计算机所形成的指令运动；
机器人从臂驱动机构按照指令运动带动机器人从臂执行机构运动。
6.如权利要求5所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，其特征是，所述上层主控计算机通过主从臂各关节角度信号得到主从臂位姿：
上层主控计算机通过角位移传感器获得主从臂各个关节角度，测得主臂各关节位置，得到主臂各关节位姿；
主臂位姿通过空间映射得到从臂期望位姿，从臂期望位姿通过逆解计算从而得到从臂各关节期望位姿点和期望角度，其中从臂期望角度与当前从臂各关节角度进行对比，得到角度差值q～(t)；
得到从臂各关节期望位姿点后，与从臂各关节当前位姿点对比进行从臂轨迹规划，将期望位姿点与当前位姿点带入三次样条函数，利用三次样条函数对当前两点间路径进行规划，使从臂运动平稳。
7.如权利要求5所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，其特征是，通过主臂压力信号计算出主臂运动意图，具体过程为：
主臂各关节设置的成对压力传感器在患者健肢带动主臂运动过程中形成向内的接触力和向外的接触力，最终各关节的最终交互力为两者的差值，方向由两者中较大的那个决定；
得到主臂各关节交互力后对主臂运动意图进行量化，由于主臂压力传感器安装的位置固定，所以得到的交互力到各自关节旋转轴距离也为固定值，利用测得的交互力信号与到旋转轴距离相乘得到的力矩可作为主臂运动意图。
8.如权利要求5所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，其特征是，利用主臂运动意图，计算从臂控制力矩，形成控制指令，具体为：
设计模糊逼近系统，由量化过后上肢与康复机器人主臂之间的交互力矩组成，构造模糊系统，对于每个自由度的输入变量，定义模糊集合.采用规则来构造系统：
对得到的模糊规则选用乘积推理机中心平均法进行反模糊化，得到系统的输出；
得到模糊逼近系统后，设置控制律，得到最终控制力矩。
9.如权利要求5所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，其特征是，上层主控计算机实时监测患者生理指标，当血氧饱和度或者心率超出正常范围，向底层运动控制器下达停机指令，机器人停机待命。
10.如权利要求5所述的主从式上肢外骨骼康复机器人控制方法，其特征是，通过检测康复机器人从臂各关节速度变化和电机转矩变化体现患肢状态，构造函数e＝δ+T，其中δ为传感器模块速度传感器检测到的速度信号，T＝9.55UI/n为从臂关节电机转矩，U为电机电压，I为电机电流，n为电机转速；
当构造函数e大于系统设定阈值时，发出警报，机器人停机待命。
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