CN115252362A - 机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质 - Google Patents

机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质 Download PDF

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CN115252362A CN202110482532.3A CN202110482532A CN115252362A CN 115252362 A CN115252362 A CN 115252362A CN 202110482532 A CN202110482532 A CN 202110482532A CN 115252362 A CN115252362 A CN 115252362A
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刘谋云
李志青
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Shanghai Shentai Medical Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供一种机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质，通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，使训练过程准确可控，更贴近临床，以给患者带来更好的治疗效果。进一步的，本发明通过控制目标关节可动角度的递增，循序渐进增加张力角度，减少患者肌肉及关节训练负担；通过控制目标关节在训练位置的保持时间的渐增，提高目标关节张力训练的效果；通过控制目标关节在不同角度区间内运行的角速度，精确控制关节运行，相对恒速运行，减少关节负担，且节约用时。

Description

机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质。
背景技术
据统计中国每年脑卒中新发病例约270万，且发病率以每年13％的速度增长，到2030年，预计将有3177万名脑卒中患者。脑卒中致残率高，患者常伴有肢体运动等功能障碍，严重时出现偏瘫。其致残的根本原因不是肢体的本身受到伤害而是中枢神经系统受到损伤，无法形成对肢体运动的有效控制。医学实践证明，脑卒中患者术后进行康复训练是降低致残率最有效的方法，特别是早期的康复治疗对于患者的运动功能及日常生活功能的改善具有极大的作用。
由于传统的康复医疗方法存在一定的弊端，患者需要在医师的帮助下才能进行康复训练，劳动强度大，自动化水平低，治疗效率低。同时，对于不同时期的患者无法设定训练的强度，不能满足患者的康复需求。康复机器人在恢复患者的肢体功能方面，有着显著的效果。上/下肢康复机器人的主要作用是通过模拟正常的上肢运动及生理步态模式，根据康复策略采用不同的训练方式，对患者的上/下肢进行康复训练，加快患者的康复速度。
给患者上/下肢做多维度多姿态的康复，需要循序渐进，而现有上/下肢康复机器人一次治疗只能设定一套参数，起始位置和终止位置固定，并在这一个周期内只能以同一种运动模式运动，在运行过程中无法对运动参数进行适时调节。因此，针对目前的上/下肢康复训练，亟需一种角度可以适时调整运动参数的训练方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质，通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，使训练过程准确可控，给患者带来更好的治疗效果。
为达到上述目的，本发明提供一种机器人的训练控制方法，包括：通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，其中，
控制目标关节的可动角度范围包括：控制所述目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制所述目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增；
控制目标关节在训练位置的保持时间包括：控制所述目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制所述目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量递增；以及
控制目标关节运动的角速度包括：控制所述目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行。
可选的，通过控制所述目标关节在伸展位的角度按所述第一角度增量递增和控制所述目标关节在屈曲位的角度按所述第二角度增量递增交替进行，来实现所述目标关节可动角度范围的控制。
可选的，所述目标关节的可动角度范围为15°～140°，其中，所述目标关节在伸展位的起始角度为36°，所述目标关节在伸展位的终止角度为15°，所述目标关节在屈曲位的起始角度为50°，所述目标关节在屈曲位的终止角度为140°。
可选的，所述第一角度增量为-5°，所述第二角度增量为6°。
可选的，通过控制所述目标关节在伸展位的保持时间按所述第一时间增量递增和控制所述目标关节在屈曲位的保持时间按所述第二时间增量递增交替进行，来实现所述目标关节在训练位置的保持时间的控制。
可选的，所述目标关节在伸展位和屈曲位的保持时间的范围均为1s～9s，其中，所述目标关节在伸展位和屈曲位的起始保持时间均为1s，所述目标关节在伸展位和屈曲位的终止保持时间均为9s。
可选的，所述第一时间增量为2s，所述第二时间增量为1s。
可选的，所述目标关节在伸展位的角度小于或等于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度大于或等于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为三段，包括：从伸展位至所述设定角度的开始角度以所述第二角速度运行，在所述设定角度区间内以所述第一角速度运动，从所述设定角度的结束角度至屈曲位以所述第二角速度运行。
可选的，所述目标关节在伸展位的角度小于或等于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度小于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为两段，包括：从伸展位至所述设定角度的开始角度以所述第二角速度运行，在所述设定角度区间的开始角度至屈曲位以所述第一角速度运行。
可选的，所述目标关节在伸展位的角度大于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度大于或等于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为两段，包括：从伸展位至所述设定角度的结束角度以所述第一角速度运行，在所述设定角度区间的结束角度至屈曲位以所述第二角速度运行。
可选的，所述目标关节在伸展位的角度大于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度小于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为一段，包括：从伸展位至屈曲位以所述第一角速度运行。
可选的，所述第二角速度大于所述第一角速度。
可选的，所述设定角度区间为32°～48°。
可选的，所述第一角速度为6°/s，所述第二角速度为8°/s。
相应的，本发明还一种机器人的训练控制系统，其特征在于，包括：
角度控制模块，用于控制目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增，以实现所述目标关节的可动角度范围的控制；
保持时间控制模块，用于控制目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量递增，以实现所述目标关节在训练位置的保持时间的控制，以及，
速度控制模块，用于控制目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行，以实现所述目标关节运动的角速度的控制；
其中，所述训练控制系统通过控制所述角度控制模块、所述保持时间控制模块及速度控制模块中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制。
本发明还提供一种终端，所述终端包括：
一个或多个处理器；以及，
存储器，用于存储一个或多个程序；以及，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述任一所述的下肢康复机器人的训练控制方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一所述的下肢康复机器人的训练控制方法。
综上，本发明提供一种机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质，通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，使训练过程准确可控，更贴近临床，给患者带来更好的治疗效果。
进一步的，本发明通过控制目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增，来控制目标关节的可动角度范围，以循序渐进调整训练角度，逐渐增加张力角度，进而对患者肌肉及关节不会造成过大负担。
进一步的，本发明通过控制目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量，来控制目标关节在训练位置的保持时间，通过保持时间的渐增，提高目标关节张力训练的效果，即使是对关节变硬的患者，也能通过逐渐延长保持时间轻松获得所需张力。
进一步的，本发明中控制目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在设定角度区间之外以第二角速度运行，相比恒速运动，对患者肌肉及关节不会造成负担，用时更短，且担心关节安全的人工关节术后患者也可放心使用。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的机器人的训练控制方法的示意图；
图2为本发明一实施例提供的下肢康复机器人的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的下肢康复机器人训练过程中的膝关节位于伸展位和屈曲位的示意图；
图4为本发明一实施例提供的下肢康复机器人训练过程中的膝关节在伸展位和屈曲位之间运动的示意图；
图5为本发明一实施例提供的下肢康复机器人训练过程中角度控制的原理图；
图6为本发明一实施例提供的下肢康复机器人训练过程中保持时间控制的原理图；
图7为本发明一实施例提供的下肢康复机器人训练过程中速度控制的原理图；
其中，附图标记为：
10-机械臂；11-膝关节；12-人机交换界面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更加清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本实施例提供的机器人的训练控制方法的示意图，如图1所示，本实施例提供一种机器人的训练控制方法，包括：通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，其中，
控制目标关节的可动角度范围包括：控制所述目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制所述目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增；
控制目标关节在训练位置的保持时间包括：控制所述目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制所述目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量；以及
控制目标关节运动的角速度包括：控制所述目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行。
本实施例提供的机器人的训练控制方法可用于对患者的上/下肢进行康复训练，以下以下肢康复机器人的训练方法为例来详细说明本实施例提供的机器人的训练控制方法，具体的，以机器人对膝关节的训练控制为例。
图2为本实施例提供的下肢康复机器人的结构示意图，图3为本实施例提供的下肢康复机器人训练过程中的膝关节位于伸展位和屈曲位的示意图，图4为本实施例提供的下肢康复机器人训练过程中的膝关节在伸展位和屈曲位之间运动的示意图。
首先，控制目标关节(膝关节)膝关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制膝关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增，以控制目标关节的可动角度范围。如图2和图3所示，膝关节11在下肢康复机器人的机械臂11的带动下从伸展位A运动到屈曲位B，其中，膝关节的可动角度范围为15°～140°，其中，所述伸展位的可动角度范围为15°～36°，即所述伸展位的起始角度为36°，所述伸展位的终止角度为15°，15°≤α≤36°；所述屈曲位的可动角度范围为50°～140°，即所述屈曲位的起始角度为50°，所述屈曲位的终止角度为140°，50°≤β≤140°。
控制膝关节的可动角度范围包括：控制所述伸展位的起始角度按第一角度增量Δα递增至所述伸展位的终止角度，控制所述屈曲位的起始角度按第二角度增量Δβ递增至所述屈曲位的终止角度。本实施例中，所述伸展位的角度按第一角度增量Δα递增和所述屈曲位的角度按第二角度增量Δβ递增交替进行，即膝关节运动到伸展位进行伸展位的角度递增，运动到屈曲位进行屈曲位的角度递增，膝关节在伸展位和屈曲位的角度的递增交替进行，往复循环。在本发明其他实施例中，膝关节在伸展位的角度的递增和在屈曲位的角度的递增也可以按照其他方式进行，例如，膝关节运动到伸展位进行伸展位的角度递增，运动到屈曲位保持屈曲位的角度不变，或膝关节运动到伸展位保持伸展位的角度不变，运动到屈曲位进行屈曲位的角度递增等。
如图4所示，所述伸展位由位置A1逐渐运动到位置A2，所述屈曲位由位置B1逐渐运动到位置B2。其中，所述第一角度增量Δα为-5°，所述第二角度增量Δβ为6°。且膝关节在角度递增过程中所述伸展位的每个角度重复训练M1次，膝关节在角度递增过程中所述屈曲位的每个角度重复训练M2次，其中，M1＝4，M2＝5。在本发明其他实施例中，上述重复训练次数M1、M2也可以根据患者身体的具体情况设置，在此不作具体限定。
表1提供了本实施中下肢康复机器人训练过程中膝关节的角度、膝关节在伸展位和屈曲位的保持时间及膝关节运动的角速度的具体设置。具体的，伸展位的起始角度36°，屈曲位的起始角度50°，即膝关节开始从36°运动到50°。首先，膝关节在伸展位的起始角度36°重复训练4次，然后，伸展位的角度从起始角度为36°递增至31°，并在递增后的伸展位角度(31°)重复训练4次，依次类推，至伸展位角度按所述第一角度增量Δα增至所述伸展位的终止角度(15°)；相应的，在屈曲位的起始角度50°重复训练5次，然后，屈曲位的角度从起始角度为50°递增至56°，并在递增后的屈曲位角度(56°)重复训练5次，依次类推，至屈曲位角度按所述第二角度增量Δβ增至所述屈曲位的终止角度(140°)，且上述伸展位的角度递增和屈曲位的角度递增交替进行。
需要说明的是，本实施例中将下肢康复训练伸展位和屈曲位的终止角度设置为膝关节的可动角度的极限值(15°、140°)，在本发明其他实施例中，伸展位和屈曲位的终止角度也可以分别设置为膝关节的可动角度范围内的任一值，如伸展位的终止角度15°，屈曲位的终止角度134°，相应的，伸展位和屈曲位的起始角度也可以为膝关节的可动角度范围内的任一值，具体可结合患者具体的身体情况确定。另外，本实施例中膝关节在伸展位和屈曲位的角度都是按设定角度增量递增，在本发明其他实施例中，所述膝关节在伸展位和屈曲位的角度也可以按照其他方式实现递增，在此不作具体限定。
本实施例在下肢康复训练过程中，通过调节膝关节在伸展位和屈曲位的角度，实现膝关节运动角度的渐增，这样在训练时可逐渐增加漆关节的可动角度范围，以循序渐进调整训练角度，逐渐增加张力角度，进而对患者肌肉及关节不会造成过大负担。
接着，控制膝关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制膝关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量递增，以控制目标关节在训练位置的保持时间。具体的，膝关节在所述伸展位和所述屈曲位的保持时间的范围均为1s～9s，其中，膝关节在伸展位和屈曲位的起始保持时间均为1s，膝关节在伸展位和屈曲位的终止保持时间均为9s。即控制所述伸展位的起始保持时间按第一时间增量Δt1递增至所述伸展位的终止保持时间，控制所述屈曲位的起始保持时间按第二时间增量Δt2递增至所述屈曲位的终止保持时间。本实施例中，所述伸展位的保持时间按第一时间增量递增Δt1和所述屈曲位的保持时间按第二时间增量Δt2递增交替进行，膝关节运动到伸展位在上次保持时间的基础上增加保持时间，运动到屈曲位在上次保持时间的基础上增加保持时间，膝关节在伸展位和屈曲位的保持时间的递增交替进行，往复循环。在本发明其他实施例中，膝关节在伸展位的保持时间的递增和在屈曲位的保持时间的递增也可以按照其他方式进行，例如，膝关节运动到伸展位增加保持时间，运动到屈曲位维持上次的保持时间不变，或膝关节运动到伸展位维持上次的保持时间不变，运动到屈曲位增加保持时间等。
本实施例中，所述第一时间增量Δt1为2s，所述第二时间增量Δt2为1s。且膝关节在所述伸展位的每个保持时间重复N1次，膝关节在所述屈曲位每个的保持时间重复N2次，其中，N1＝2，N2＝3。在本发明其他实施例中，上述保持时间的重复次数N1、N2也可以根据患者身体的具体情况设置，在此不作具体限定。
示例性的，如表1所示，起始保持时间为伸展位在起始角度36°的保持时间，膝关节在伸展位的起始保持时间为1s，并以保持时间为1s重复训练2次，然后，膝关节在伸展位的保持时间由起始保持时间(1s)递增至3s，且膝关节在伸展位以保持时间(3s)重复训练2次，依次类推，至膝关节在伸展位的保持时间按第一时间增量Δt1(2s)递增至所述伸展位的终止保持时间(9s)；相应的，膝关节屈曲位的起始保持时间为1s，并以保持时间为1s重复训练2次，然后，膝关节在屈曲位的保持时间由起始保持时间(1s)递增至2s，且膝关节在屈曲位以保持时间(2s)重复训练3次，依次类推，至膝关节在屈曲位按第二时间增量Δt2(1s)递增至所述屈曲位的终止保持时间(9s)。上述伸展位的保持时间的递增和屈曲位的保持时间的递增交替进行。
需要说明的是，本实施例中，保持时间渐增的控制和上述角度渐增的控制两者均以角度区间(36°-50°)，即伸展位的起始角度为36°、屈曲位的起始角度为50°为起点计数，以角度区间(15°-140°)，即伸展位的终止角度为15°、屈曲位的终止角度为140°为结点计数，且两者采用单独平行计数，互不影响。另外，本实施例中膝关节在伸展位和屈曲位的保持时间都是按设定的时间增量递增，在本发明其他实施例中，所述膝关节在伸展位和屈曲位的保持时间也可以按照其他方式实现递增，在此不作具体限定。
本实施例在下肢机器人进行康复训练过程中，通过逐渐增加膝关节在伸展位和屈曲位的保持时间，提高目标关节张力训练的效果，即使是对关节变硬的患者，也能通过逐渐延长保持时间轻松获得所需张力。
接着，控制所述目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行，以控制目标关节运动的角速度。具体的，所述膝关节在一设定角度区间(32°～48°)内以第一角速度ω1运动，在所述设定角度区间(32°～48°)之外以第二角速度ω2运动，且所述第二角速度ω2大于所述第一角速度ω1，即ω2>ω1。可选的，所述第一角速度ω1为6°/s，所述第二角速度ω2为8°/s。例如，在第一阶段的角度区间(36°～50°)，机械臂带动膝关节以第一角速度ω1(6°/s)经过设定角度区间(36°～48°)，再以第二角速度ω2(8°/s)经过设定角度区间之外的角度区间(48°～50°)；当所述伸展位的角度从起始角度为36°递增至31°，机械臂带动膝关节以第二角速度ω1(8°/s)经过设定角度区间之外的角度区间(31°～32°)，以第一角速度ω1(6°/s)经过设定角度区间(32°～48°)，再以第二角速度ω2(8°/s)经过设定角度区间之外的角度区间(48°～50°)；相应的，当屈曲位的角度从起始角度为50°递增至56°，机械臂带动膝关节以第二角速度ω1(8°/s)经过设定角度区间之外的角度区间(31°～32°)，以第一角速度ω1(6°/s)经过设定角度区间(32°～48°)，再以第二角速度ω2(8°/s)经过设定角度区间之外的角度区间(48°～56°)，依次类推，至分别达到所述伸展位和屈曲位的终止角度。在本发明其他实施例中，所述设定角度区间也可以为其他角度区间，所述第一角速度和所述第二角速度也相应改变。
本实施例中，膝关节在伸展位的目标角度(角速度变化角度)为32°，膝关节在屈曲位的目标角度(角速度变化角度)为48°，即设定角度区间(32°～48°)，膝关节在设定角度区间之外角度区间放慢运动速度，在设定角度区间提高运动速度，相比恒速运动，不会对患者肌肉及关节造成负担，用时更短，且担心关节安全的人工关节术后患者也可放心使用。
需要说明的是，本实施例中，将目标关节的可动角度范围的控制、目标关节在训练位置的保持时间的控制及目标关节运动的角速度的控制三者相结合对下肢进行康复训练，在本发明其他实施例中，可以单独实现目标关节的可动角度范围的的控制、目标关节在训练位置的保持时间的控制及目标关节运动的角速度的控制三者中任意一种，或可以将上述三种控制的任意组合，来实现机器人的训练控制。
另外，本实施例中，在进行下肢康复训练之前，可以通过下肢康复机器人的人机交互交换界面12进行相应参数设置，如伸展位和屈曲位各自的起始角度和终止角度，第一角度增量Δα，第二角度增量Δβ，角度重复训练次数M1、M2，膝关节在伸展位和屈曲位的起始保持时间和终止保持时间，第一时间增量Δt1，第二时间增量Δt2，保持时间的重复训练次数N1、N2，设定角度区间，第一角速度ω1及第二角速度ω2等参数的设置。对于一段膝关节的训练运动轨迹，通过合适的参数设置，机械臂可以按照设置的参数控制角度渐增、保持时间渐增及运动速度的变化，以准确控制下肢康复训练，以让患者达到更好的治疗效果。
图5为本实施例提供的下肢康复机器人训练过程中角度控制的原理图，图6为本实施例提供的下肢康复机器人训练过程中保持时间控制的原理图，图7为本实施例提供的下肢康复机器人训练过程中速度控制的原理图。以下结合图5-图7详细阐述本实施例中下肢康复机器人训练控制方法。
如图5所示，进行角度渐增设置。首先，判断角度渐增功能是否开启，如通过人机交互界面的角度渐增开关按钮开启或关闭角度渐增功能，开启后，设置当前下肢康复机器人训练的起始角度等于伸展位的起始角度，终止角度等于屈曲位的终止角度，即从角度区间(36°～50°)开始进行训练；然后，按第一角度增量Δα增加下肢康复机器人的训练的起始角度，按第二角度增量增加下肢康复机器人的训练的终止角度，每次按第一角度增量增加训练的起始角度及每次第二角度增量Δβ增加训练的终止角度都要对增加后的起始角度和终止角度进行判断：若所述增加后的起始角度大于伸展位的终止角度，且终止角度大于或等于屈曲位的终止角度，例如训练角度递增至角度区间(21°～146°)，则令终止角度为屈曲位的终止角度，对伸展位的角度继续进行递增；若增加后的起始角度小于伸展位的终止角度，且终止角度小于屈曲位的终止角度，如训练角度递增至角度区间(10°～134°)，则令起始角度为伸展位的终止角度，对屈曲位的角度继续进行递增；若增加后的起始角度小于伸展位的终止角度，且终止角度大于或等于屈曲位的终止角度，如训练角度递增至角度区间(10°～146°)，则角度递增训练结束。上述训练过程中，在伸展位和屈曲位递增过程中的每个角度进行相应的重复训练，训练结束时，下肢康复机器人的起始角度为伸展位的起始角度+伸展位角度的增量，下肢康复机器人的终止角度为屈曲位的起始角度+屈曲位角度的增量。
如图6所示，进行保持时间渐增设置。首先，判断保持时间渐增功能是否开启，如通过人机交互界面的保持时间渐增开关按钮开启或关闭保持时间渐增功能，开启后，设置当前下肢康复机器人训练的起始保持时间(第一次在伸展位的保持时间)等于伸展位的起始保持时间(1s)，终止保持时间(第一次在伸展位的保持时间)等于屈曲位的起始保持时间(1s)；然后，按第一时间增量Δt1增加在伸展位的保持时间，按第二时间增量增加在屈曲位的保持时间，每次按第一时间增量Δt1增加在伸展位的保持时间及每次第二时间增量Δt2增加在屈曲位的保持时间都要对增加后的伸展位和屈曲位的保持时间进行判断：若增加后在伸展位的保持时间(例如6s)小于伸展位的终止保持时间(9s)，且在屈曲位的保持时间(例如10s)大于或等于屈曲位的终止保持时间(9s)，则令在屈曲位的保持时间为屈曲位的终止保持时间，对伸展位的保持时间继续进行递增；若增加后在伸展位的保持时间(例如10s)大于伸展位的终止保持时间(9s)，且在屈曲位的保持时间(例如5s)小于屈曲位的终止保持时间(9s)，则令在伸展位的保持时间为伸展位的终止保持时间，对屈曲位的保持时间继续进行递增；若增加后的在伸展位的保持时间(例如11s)大于伸展位的终止保持时间(9s)，且在屈曲位的保持时间(例如12s)大于或等于屈曲位的终止保持时间(9s)，则保持时间渐增训练结束。上述训练过程中，保持时间渐增过程中在伸展位和屈曲位的每个保持时间进行相应的重复训练，训练结束时，下肢康复机器人在伸展位的保持时间为伸展位的起始保持时间+伸展位保持时间的增量，下肢康复机器人在屈曲位的保持时间为屈曲位的起始保持时间+屈曲位保持时间的增量。
如图7所示，进行速度渐增设置。首先，判断角度渐增功能是否开启，如开启，按图5所示，对角度渐增进行分段设置；判断保持时间渐增功能是否开启，如开启，按图6所示，对保持时间渐增进行分段设置；若角度渐增功能、保持时间渐增功能均未开启，则速度设定关闭，则该运动周期分一段，从伸展位到屈曲位以第二角速度ω2运行，即整个运动周期按同一角速度运行，不进行分段处理。
若角度渐增功能、保持时间渐增功能均开启，则速度设定开启。
若训练时伸展位角度(例如25°)小于或等于设定区间的开始角度(32°)，屈曲位角度(例如50°)大于或等于设定区间的结束角度(48°)，则该运动周期分三段，第一段从伸展位到设定角度区间的开始角度(即25°～32°)以第二角速度ω2运行，第二段从设定角度区间的开始角度到设定角度区间的结束角度(即32°～48°)以第一角速度ω1运行，第三段从设定角度区间的结束角度到屈曲位(即48°～50°)以第二角速度ω2运行。
若训练时伸展位角度(例如25°)小于或等于设定区间的开始角度(32°)，屈曲位角度(例如42°)小于设定区间的结束角度(48°)，则该运动周期分两段，第一段从伸展位到设定角度区间的开始角度(即25°～32°)以第二角速度ω2运行，第二段从设定角度区间的开始角度到屈曲位(即32°～42°)以第一角速度ω1运行。
若训练时伸展位角度(例如36°)大于设定区间的开始角度(32°)，屈曲位角度(例如42°)小于设定区间的结束角度(48°)，则该运动周期分一段，从伸展位到屈曲位(即36°～42°)以第一角速度ω1运行。
若训练时伸展位角度(例如36°)大于设定区间的开始角度(32°)，屈曲位角度(例如54°)大于或等于设定区间的结束角度(48°)，则该运动周期分两段，第一段从伸展位到设定角度区间的结束角度(即36°～48°)以第一角速度ω1运行，第二段从设定角度区间的结束角度到屈曲位(即48°～54°)以第二角速度ω2运行。
表1为下肢康复机器人训练过程中膝关节的角度、膝关节在伸展位和屈曲位的保持时间及膝关节运动的角速度的具体设置
Figure BDA0003049802670000131
Figure BDA0003049802670000141
Figure BDA0003049802670000151
相应的，本实施例还提供一种机器人的训练控制系统，包括：
角度控制模块，用于控制目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增，以实现所述目标关节的可动角度范围的控制；
保持时间控制模块，用于控制目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量递增，以实现所述目标关节在训练位置的保持时间的控制，以及，
速度控制模块，用于控制目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行，以实现所述目标关节运动的角速度的控制；
其中，所述训练控制系统通过控制所述角度控制模块、所述保持时间控制模块及速度控制模块中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制。
进一步地，本实施例还提供了一种终端，用于机器人的训练控制。该终端包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个所述处理器执行，使得一个或多个所述处理器实现如上述机器人的训练控制方法。
本实施例中，所述处理器及所述存储器均为一个，所述处理器和所述存储器可以通过总线或其他方式连接。
存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的机器人的训练控制方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在所述存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行终端的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的所述的机器人的训练控制方法。
所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，所述的下肢康复机器人的训练控制方法的存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，所述存储器可进一步包括相对于所述处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本实施例提出的终端与上述实施例提出的所述的机器人的训练控制方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被所述处理器执行时实现如上述所述的机器人的训练控制方法。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
综上，本发明提供一种机器人的训练控制方法、系统、终端及存储介质，通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，使训练过程准确可控，更贴近临床，给患者带来更好的治疗效果。
进一步的，本发明通过控制目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增，来控制目标关节的可动角度范围，以循序渐进调整训练角度，逐渐增加张力角度，进而对患者肌肉及关节不会造成过大负担。
进一步的，本发明通过控制目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量，来控制目标关节在训练位置的保持时间，保持时间的渐增，提高目标关节张力训练的效果，即使是对关节变硬的患者，也能通过逐渐延长保持时间轻松获得所需张力。
进一步的，本发明中控制目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在设定角度区间之外以第二角速度运行，相比恒速运动，对患者肌肉及关节不会造成负担，用时更短，且担心关节安全的人工关节术后患者也可放心使用。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (17)

1.一种机器人的训练控制方法，其特征在于，包括：通过控制目标关节的可动角度范围、目标关节在训练位置的保持时间及目标关节运动的角速度中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制，其中，
控制目标关节的可动角度范围包括：控制所述目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制所述目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增；
控制目标关节在训练位置的保持时间包括：控制所述目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制所述目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量递增；以及，
控制目标关节运动的角速度包括：控制所述目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行。
2.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，通过控制所述目标关节在伸展位的角度按所述第一角度增量递增和控制所述目标关节在屈曲位的角度按所述第二角度增量递增交替进行，来实现所述目标关节可动角度范围的控制。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述目标关节的可动角度范围为15°～140°，其中，所述目标关节在伸展位的起始角度为36°，所述目标关节在伸展位的终止角度为15°，所述目标关节在屈曲位的起始角度为50°，所述目标关节在屈曲位的终止角度为140°。
4.根据权利要求3所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述第一角度增量为-5°，所述第二角度增量为6°。
5.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，通过控制所述目标关节在伸展位的保持时间按所述第一时间增量递增和控制所述目标关节在屈曲位的保持时间按所述第二时间增量递增交替进行，来实现所述目标关节在训练位置的保持时间的控制。
6.根据权利要求1或5所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述目标关节在伸展位和屈曲位的保持时间的范围均为1s～9s，其中，所述目标关节在伸展位和屈曲位的起始保持时间均为1s，所述目标关节在伸展位和屈曲位的终止保持时间均为9s。
7.根据权利要求6所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述第一时间增量为2s，所述第二时间增量为1s。
8.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述目标关节在伸展位的角度小于或等于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度大于或等于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为三段，包括：从伸展位至所述设定角度的开始角度以所述第二角速度运行，在所述设定角度区间内以所述第一角速度运动，从所述设定角度的结束角度至屈曲位以所述第二角速度运行。
9.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述目标关节在伸展位的角度小于或等于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度小于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为两段，包括：从伸展位至所述设定角度的开始角度以所述第二角速度运行，在所述设定角度区间的开始角度至屈曲位以所述第一角速度运行。
10.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述目标关节在伸展位的角度大于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度大于或等于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为两段，包括：从伸展位至所述设定角度的结束角度以所述第一角速度运行，在所述设定角度区间的结束角度至屈曲位以所述第二角速度运行。
11.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述目标关节在伸展位的角度大于所述设定角度的开始角度，所述目标关节在屈曲位的角度小于所述设定角度的结束角度时，所述目标关节的运动周期分为一段，包括：从伸展位至屈曲位以所述第一角速度运行。
12.根据权利要求1所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述第二角速度大于所述第一角速度。
13.根据权利要求12所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述设定角度区间为32°～48°。
14.根据权利要求13所述的机器人的训练控制方法，其特征在于，所述第一角速度为6°/s，所述第二角速度为8°/s。
15.一种机器人的训练控制系统，其特征在于，包括：
角度控制模块，用于控制目标关节在伸展位的角度按第一角度增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的角度按第二角度增量递增，以实现所述目标关节的可动角度范围的控制；
保持时间控制模块，用于控制目标关节在伸展位的保持时间按第一时间增量递增和/或控制目标关节在屈曲位的保持时间按第二时间增量递增，以实现所述目标关节在训练位置的保持时间的控制，以及，
速度控制模块，用于控制目标关节在一设定角度区间内以第一角速度运行，在所述设定角度区间之外以第二角速度运行，以实现所述目标关节运动的角速度的控制；
其中，所述训练控制系统通过控制所述角度控制模块、所述保持时间控制模块及速度控制模块中的至少一种来实现机器人对目标关节的训练控制。
16.一种终端，其特征在于，所述终端包括：
一个或多个处理器；以及，
存储器，用于存储一个或多个程序；以及，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-14中任一所述的机器人的训练控制方法。
17.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-14中任一所述的机器人的训练控制方法。
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