【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及康復醫療和機械領域，尤其是涉及一種基于CAN總線的下肢外骨骼康復機器人系統和方法。
技術介紹
中風、腦外傷等疾病的患者，他們由于中樞神經受損，導致下肢運動障礙給他們的生活帶來了嚴重的不便，如果不能得到有效地治療，他們可能永遠無法站立和行走。中樞神經具有可塑性，及時和科學的康復治療對肢體運動功能的恢復和提高起到非常重要的作用。康復機器人是機器人和康復醫療相結合的新應用，可以為下肢癱瘓患者提供科學豐富的訓練方法和訓練效果評估指標，成為康復治療領域除了傳統治療方法的新突破。下肢外骨骼康復機器人控制系統的設計要考慮到系統的穩定性和實時性、訓練方法和人機接口豐富性等方面。目前國內很多研究機構在下肢康復機器人領域已經取得了一些研究成果。中國專利201110456585.4公布了一種康復訓練機器人控制系統及控制方法,該機器人控制系統針對踝關節的康復訓練進行設計，通過采集患者足底壓力信號和小腿部表面肌電信號來反映患者的主動意識進而驅動康復機器人為患者主動康復訓練。中國專利201110103103.7公布了一種步態康復訓練機器人控制系統，該系統由PC機、減重裝置和步 態模擬發生器組成，可以提供被動模式和主動模式的康復訓練，通過采集足底壓力信號作為患者主動意圖的反饋信號，然后采用模糊控制算法補償驅動力來實現主動訓練模式。此方案至少存在三個缺點:(1)在康復訓練過程中沒有解決機器人系統平衡如何保持；(2)只用足底壓力傳感器的信號作為患者主動訓練意圖的反映，這樣感知信號的單一會對系統的穩定性造成影響；(3)如何實現實時控制沒有明確的解決方案。中國專利201...
【技術保護點】
一種康復機器人控制系統，其特征在于，包括以下部分：人機接口設備（1）、上位機PC（2）、多軸運動控制器（4）、電機控制單元（5）、感知單元（6）和CAN總線（7），其中：所述人機接口設備（1）通過串行通信總線RS232與所述上位機PC（2）相連，用于接收對機器人的操作指令并顯示所述機器人反饋的信息；所述上位機PC（2）作為所述康復機器人控制系統的主控制器，通過Ethernet通信總線與所述多軸運動控制器（4）相連；所述多軸運動控制器（4）安裝于所述機器人背部，通過所述CAN總線（7）與所述電機控制單元（5）和感知單元（6）分別相連，用于接收來自所述上位機PC（2）的數據，并通過所述CAN總線（7）向所述電機控制單元（5）發送控制指令，控制所述機器人各關節的運動；所述電機控制單元（5）包括伺服電機驅動器（51）、直流無刷電機（52）和編碼器（53），所述直流無刷電機（52）安裝于所述機器人的膝關節和髖關節處，為所述關節運動提供驅動力，所述伺服電機驅動器（51）安裝于所述機器人的背部，通過接收運動控制指令來控制所述直流無刷電機（52）轉動，所述編碼器（53）安裝于所述直流無刷電機（52）的...
【技術特征摘要】
1.一種康復機器人控制系統，其特征在于，包括以下部分:人機接口設備(I)、上位機PC (2)、多軸運動控制器(4)、電機控制單元(5)、感知單元(6)和CAN總線(7)，其中: 所述人機接口設備(I)通過串行通信總線RS232與所述上位機PC (2)相連，用于接收對機器人的操作指令并顯示所述機器人反饋的信息； 所述上位機PC (2)作為所述康復機器人控制系統的主控制器，通過Ethernet通信總線與所述多軸運動控制器(4)相連； 所述多軸運動控制器(4)安裝于所述機器人背部，通過所述CAN總線(7)與所述電機控制單元(5)和感知單元(6)分別相連，用于接收來自所述上位機PC (2)的數據，并通過所述CAN總線(7)向所述電機控制單元(5)發送控制指令，控制所述機器人各關節的運動； 所述電機控制單元(5)包括伺服電機驅動器(51)、直流無刷電機(52)和編碼器(53)，所述直流無刷電機(52 )安裝于所述機器人的膝關節和髖關節處，為所述關節運動提供驅動力，所述伺服電機驅動器(51)安裝于所述機器人的背部，通過接收運動控制指令來控制所述直流無刷電機(52 )轉動，所述編碼器(53 )安裝于所述直流無刷電機(52 )的尾部，為所述伺服電機驅動器(51)反饋位置信號，所述伺服電機驅動器(51)自帶CAN接口模塊，連接在所述CAN總線(7)上，與所述多軸運動控制器(4)相連； 所述感知單元(6)包括傳感器模塊(61)和信號處理及信息融合模塊(62)，所述感知單元(6)通過CAN接口與所述多軸運動控制器(4)相連，向所述多軸運動控制器(4)提供反饋信號。2.如權利要求1所述的康復機器人控制系統，其特征在于，還包括下肢外骨骼機械結構(3 )，包括以下 部分:承重背心(31)、固定吊帶(32 )、傳動減速齒輪(33 )和(34)、諧波減速器(35)、外骨骼骨架(36)、編碼器(37)、驅動電機(38)、大腿固定件(39)、小腿固定件(310)、腳踝被動轉動軸(311)、腳部踏板(312 )，其中: 所述承重背心(31)與所述固定吊帶(32)相連，用于安裝所述多軸運動控制器(4)和所述電機控制單元(5 )中的所述伺服電機驅動器(51)，每個關節處安裝有兩個相同的直流無刷電機(38)組成的并聯驅動結構，用于共同驅動所述關節； 所述直流無刷電機(38)的輸出軸與所述傳動減速齒輪(33)相連，所述傳動減速齒輪(33)與(34)相連，然后再與諧波減速器(35)相連，使所述直流無刷電機(38)輸出的轉速經過傳動減速齒輪(33)和(34)，以及諧波減速器(35)兩級減速后驅動關節轉動； 所述大腿固定件(39)和所述小腿固定件(310)，用于穿戴時固定，所述腳踝被動轉動軸(311)用于為腳踝的運動提供自由度，所述腳部踏板(312)用于提供腳部的支撐。3.如權利要求1或2所述的康復機器人控制系統，其特征在于，所述人機接口設備(I)具體包括以下部分:語音輸入/輸出模塊(11)、語音識別模塊(12)，控制算法模塊(13)和通信接口模塊(14 )，其中，所述語音輸入/輸出模塊(11)用于向機器人發送語音操作指令，或者輸出...
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