本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法及康復(fù)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，關(guān)于下肢的主動(dòng)被動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)器械，主要是基于簡(jiǎn)單的循環(huán)踩踏動(dòng)作，類似康復(fù)腳踏車，進(jìn)行簡(jiǎn)單的阻力控制。然而，上述訓(xùn)練方法的控制精度差，只能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的圓周運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法，所述康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法可以使患者更好地進(jìn)行主被動(dòng)訓(xùn)練，且控制精度提高。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種康復(fù)機(jī)器人，所述康復(fù)機(jī)器人適于采用上述所述的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法，所述康復(fù)機(jī)器人包括機(jī)器人柜體和機(jī)器人手臂，所述機(jī)器人手臂設(shè)在所述機(jī)器人柜體上用于協(xié)助訓(xùn)練，所述康復(fù)機(jī)器人具有適于人帶動(dòng)機(jī)器人手臂運(yùn)行的主動(dòng)模式以及適于機(jī)器人手臂帶動(dòng)人運(yùn)行的被動(dòng)模式，所述康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法包括：步驟S1，運(yùn)行被動(dòng)模式并記錄所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置，所述伸展位置為適于帶動(dòng)人腿伸展至預(yù)定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動(dòng)人腿彎曲至預(yù)定狀態(tài)的位置；步驟S2，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)行以協(xié)助訓(xùn)練。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法，所述康復(fù)機(jī)器人具有主動(dòng)模式和被動(dòng)模式，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)行，可以協(xié)助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。這樣通過(guò)主動(dòng)模式結(jié)合被動(dòng)模式的訓(xùn)練能夠更有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進(jìn)肌力和關(guān)節(jié)活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練康復(fù)效果。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法還具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法還包括：接收所述康復(fù)機(jī)器人的治療信息，且所述步驟S2根據(jù)所述治療信息協(xié)助訓(xùn)練，所述治療信息包括時(shí)間、速度以及機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)角度中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟S2包括：所述機(jī)器人手臂位于所述彎曲位置時(shí)所述機(jī)器人手臂進(jìn)入所述主動(dòng)模式，并使所述機(jī)器人手臂具有預(yù)定大小的阻尼力以使所述機(jī)器人手臂在受到預(yù)定大小的推力后運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人手臂在所述彎曲位置以及從所述彎曲位置朝所述伸展位置移動(dòng)的過(guò)程中檢測(cè)所述機(jī)器人手臂所受的推力，根據(jù)所述機(jī)器人手臂所受推力調(diào)節(jié)所述阻尼力以適于人腿推動(dòng)所述機(jī)器人手臂朝所述伸展位置運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述阻尼力與所述機(jī)器人手臂所受推力呈正比例。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟S2還包括：所述機(jī)器人手臂位于所述伸展位置時(shí)，所述機(jī)器人手臂進(jìn)入被動(dòng)模式并運(yùn)行至所述彎曲位置。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟S2還包括：所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置以及從所述伸展位置朝所述彎曲位置移動(dòng)的過(guò)程中檢測(cè)所述機(jī)器人手臂所受的拉力，在機(jī)器人手臂所受拉力大于預(yù)定大小時(shí)進(jìn)入被動(dòng)模式。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟S1還包括：在運(yùn)行所述被動(dòng)模式前，輸入機(jī)器人手臂運(yùn)行信息，并在所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置記錄完成后，將所述機(jī)器人手臂運(yùn)行信息與所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)，所述機(jī)器人手臂運(yùn)行信息包括機(jī)器人手臂運(yùn)行角度。

根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人，所述康復(fù)機(jī)器人適于采用上述所述的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，所述康復(fù)機(jī)器人包括：機(jī)器人柜體；機(jī)器人手臂，所述機(jī)器人手臂設(shè)在所述機(jī)器人柜體上用于協(xié)助訓(xùn)練，所述機(jī)器人手臂上設(shè)有固定支撐裝置；驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述機(jī)器人手臂相連以驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人手臂活動(dòng)；位置檢測(cè)組件，所述位置檢測(cè)組件用于檢測(cè)所述機(jī)器人手臂的位置；控制器，所述控制器與所述位置檢測(cè)組件和所述機(jī)器人手臂相連，所述控制器用于接收并記錄所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置并控制所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往返運(yùn)動(dòng)，所述伸展位置為適于帶動(dòng)人腿伸展至預(yù)定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動(dòng)人腿彎曲至預(yù)定狀態(tài)的位置。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人手臂包括大臂和小臂，所述大臂的一端與所述機(jī)器人柜體鉸接，所述小臂的一端與所述大臂的另一端鉸接，且所述小臂的另一端設(shè)有固定支撐裝置。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括用于驅(qū)動(dòng)所述大臂旋轉(zhuǎn)的第一電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)所述小臂旋轉(zhuǎn)的第二電機(jī)；所述位置檢測(cè)組件包括第一編碼器和第二編碼器，所述第一編碼器與所述第一電機(jī)相連以檢測(cè)所述第一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，所述第二編碼器與所述第二電機(jī)相連以檢測(cè)所述第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，所述第一編碼器和所述第二編碼器配合以確定所述機(jī)器人手臂的位置。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于驅(qū)動(dòng)所述固定支撐裝置運(yùn)動(dòng)的第三電機(jī)，所述位置檢測(cè)組件還包括第三編碼器，所述第三編碼器與所述第三電機(jī)相連以檢測(cè)所述第三電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，所述第一編碼器、所述第二編碼器以及所述第三編碼器配合以確定所述機(jī)器人手臂的位置。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的原理示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法中阻尼力與運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)關(guān)系示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人與患者的相對(duì)位置示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

康復(fù)機(jī)器人100，

機(jī)器人柜體1，升降座11，

機(jī)器人手臂2，大臂21，小臂22，

固定支撐裝置3，腳固定器31，小腿支撐32，連接件33，壓力感知模塊34，

驅(qū)動(dòng)裝置4，第一電機(jī)41，第二電機(jī)42，第三電機(jī)43。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

康復(fù)醫(yī)療在一定的條件許可下，極力推薦在有能力的情況下進(jìn)行主動(dòng)訓(xùn)練，這樣更有利于肢體的康復(fù)。特別是針對(duì)帕金森患者的癥狀較為嚴(yán)重，在生活中喪失了生活自理能力，關(guān)節(jié)主動(dòng)或被動(dòng)訓(xùn)練是每天不可缺少的。主動(dòng)結(jié)合被動(dòng)活動(dòng)訓(xùn)練能夠更有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進(jìn)肌力和關(guān)節(jié)活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練康復(fù)效果。在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，如德國(guó)MOTOmed(康復(fù)醫(yī)療設(shè)置的名稱)在國(guó)內(nèi)外康復(fù)醫(yī)院很普及，并得到廣泛的認(rèn)可。

本發(fā)明利用電機(jī)力矩反饋，利用主動(dòng)被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的理念，結(jié)合SCARA機(jī)器人的特點(diǎn)，提出一種實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練方法。

日本開發(fā)的SCARA平面關(guān)節(jié)式機(jī)器人是目前使用最廣泛的機(jī)器人。其最早是在1978年由日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明，該型機(jī)器人在此后的裝配作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，其具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，該系列的操作手(例如機(jī)器人手臂)在其動(dòng)作空間的四個(gè)方向具有有限剛度，而在剩下的其余兩個(gè)方向上具有無(wú)限大剛度。SCARA機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活，速度快、位置精度高。隨著中國(guó)機(jī)器人的廣泛，機(jī)器人的零部件也得到了很大發(fā)展，價(jià)格成本不斷下降。

下面結(jié)合圖1至圖6詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法。

具體而言，根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法，所述康復(fù)機(jī)器人包括機(jī)器人柜體和機(jī)器人手臂，所述機(jī)器人手臂設(shè)在所述機(jī)器人柜體上用于協(xié)助訓(xùn)練，所述康復(fù)機(jī)器人具有主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。其中，主動(dòng)模式適于人帶動(dòng)所述機(jī)器人手臂運(yùn)行，被動(dòng)模式適于機(jī)器人手臂帶動(dòng)人運(yùn)行。所述康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法包括：步驟S1，運(yùn)行被動(dòng)模式并記錄所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置，所述伸展位置為適于帶動(dòng)人腿伸展至預(yù)定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動(dòng)人腿彎曲至預(yù)定狀態(tài)的位置；步驟S2，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)行以協(xié)助訓(xùn)練。由此，通過(guò)所述主動(dòng)模式和所述被動(dòng)模式的結(jié)合訓(xùn)練能夠更有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進(jìn)肌力和關(guān)節(jié)活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練康復(fù)效果。

具體地，運(yùn)行被動(dòng)模式并記錄所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置(或屈曲位置)，也就是說(shuō)，在所述被動(dòng)模式下適于所述機(jī)器人手臂帶動(dòng)人運(yùn)行，在這個(gè)過(guò)程上，對(duì)所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置(例如可以是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩個(gè)極限位置)進(jìn)行記憶或存儲(chǔ)等。其中，所述伸展位置為適于帶動(dòng)人腿伸展至預(yù)定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動(dòng)人腿彎曲至預(yù)定狀態(tài)的位置。進(jìn)一步地，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)行可以協(xié)助訓(xùn)練。例如，可以是先進(jìn)行被動(dòng)模式的訓(xùn)練再進(jìn)行主動(dòng)模式的訓(xùn)練，如此循環(huán)往復(fù)。換言之，可以是先由所述機(jī)器人手臂帶動(dòng)人運(yùn)行(例如所述機(jī)器人手臂從伸展位置運(yùn)行至彎曲位置)，再由人帶動(dòng)所述機(jī)器人手臂運(yùn)行(例如使所述機(jī)器人手臂從彎曲位置運(yùn)行至伸展位置)等，這樣可以使患者交替地進(jìn)行主動(dòng)模式和被動(dòng)模式的訓(xùn)練，從而更有利于提高患者的康復(fù)訓(xùn)練效果。

當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以是先進(jìn)行主動(dòng)模式的訓(xùn)練再進(jìn)行被動(dòng)模式的訓(xùn)練。無(wú)論是先進(jìn)行主動(dòng)模式的訓(xùn)練再進(jìn)行被動(dòng)模式的訓(xùn)練；還是先進(jìn)行被動(dòng)模式的訓(xùn)練再進(jìn)行主動(dòng)模式的訓(xùn)練，康復(fù)訓(xùn)練的軌跡可以相同。

這里，需要說(shuō)明的是，所述主動(dòng)模式和所述被動(dòng)模式是相對(duì)而言。例如，本申請(qǐng)中的所述主動(dòng)模式和所述被動(dòng)模式是相對(duì)于人而言的，若是人主動(dòng)進(jìn)行訓(xùn)練則定義為主動(dòng)模式，若是人被動(dòng)進(jìn)行訓(xùn)練則定義為被動(dòng)模式。

其中，人腿伸展的所述預(yù)定狀態(tài)和人腿彎曲的所述預(yù)定狀態(tài)，可以根據(jù)患者需要達(dá)到的康復(fù)效果，由醫(yī)生等專門人士確定，具體位置的確定以有效實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練為宜。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法，所述康復(fù)機(jī)器人具有主動(dòng)模式和被動(dòng)模式，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)行，可以協(xié)助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。這樣通過(guò)主動(dòng)模式結(jié)合被動(dòng)模式的訓(xùn)練能夠更有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進(jìn)肌力和關(guān)節(jié)活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練康復(fù)效果。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，所述康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法還包括：接收所述康復(fù)機(jī)器人的治療信息，而且所述步驟S2可以根據(jù)所述治療信息協(xié)助訓(xùn)練。由此，使得所述康復(fù)機(jī)器人可以根據(jù)不同的患者適應(yīng)性設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練軌跡或路徑，更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

其中，所述治療信息包括時(shí)間、速度以及機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)角度中的至少一種。也就是說(shuō)，所述治療信息可以包括時(shí)間、速度以及機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)角度中的任一種或多種的組合。所述治療信息可以結(jié)合不同的患者適應(yīng)性選定和設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，所述步驟S2包括：所述機(jī)器人手臂位于所述彎曲位置時(shí)，所述機(jī)器人手臂進(jìn)入所述主動(dòng)模式，并使所述機(jī)器人手臂具有預(yù)定大小的阻尼力以使所述機(jī)器人手臂在受到預(yù)定大小的推力后運(yùn)行。其中，所述主動(dòng)模式適于人帶動(dòng)所述機(jī)器人手臂運(yùn)行，此時(shí)，患者可以主動(dòng)施力以進(jìn)行所述主動(dòng)模式的訓(xùn)練。具體地，當(dāng)患者施加的力與所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力呈一定關(guān)系(例如當(dāng)患者施加的力大于所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力)時(shí)，使患者進(jìn)行主動(dòng)模式訓(xùn)練。

具體而言，所述機(jī)器人手臂可以先帶動(dòng)人體(被動(dòng)模式)由所述伸展位置運(yùn)動(dòng)至所述彎曲位置，在所述主動(dòng)模式下，人體由所述彎曲位置運(yùn)動(dòng)至所述伸展位置的過(guò)程中，人體向所述機(jī)器人手臂施加推力，在所述推力與所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力呈一定關(guān)系時(shí)，使人體進(jìn)行主動(dòng)模式的訓(xùn)練。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人手臂在所述彎曲位置、以及所述機(jī)器人手臂從所述彎曲位置朝所述伸展位置移動(dòng)的過(guò)程中，檢測(cè)所述機(jī)器人手臂所受的推力，根據(jù)所述機(jī)器人手臂所受推力調(diào)節(jié)所述阻尼力以適于人腿推動(dòng)所述機(jī)器人手臂朝所述伸展位置運(yùn)動(dòng)。這樣通過(guò)所述機(jī)器人手臂所受推力調(diào)節(jié)所述阻尼力，以適于人腿推動(dòng)所述機(jī)器人手臂朝所述伸展位置運(yùn)動(dòng)(主動(dòng)模式)，可以適應(yīng)性調(diào)整患者訓(xùn)練的強(qiáng)度，還可以提高患者康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中的舒適度，從而有助于提高康復(fù)訓(xùn)練效果。

進(jìn)一步地，參照?qǐng)D3，所述阻尼力與所述機(jī)器人手臂所受推力呈正比例。也就是說(shuō)，所述阻尼力隨所述機(jī)器人手臂所受推力的增大而增大，或者所述阻尼力隨所述機(jī)器人手臂所受推力的減小而減小。這樣能夠更加有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉的力度以及活動(dòng)范圍，從而能夠進(jìn)一步提高康復(fù)訓(xùn)練的效果。

其中，圖3示出了阻力(即前述的阻尼力)與外力的關(guān)系。橫軸F代表外力，外力是指人腳產(chǎn)生的力；縱軸V代表運(yùn)動(dòng)速度，Vmax代表設(shè)定速度的最大值；f代表阻力，阻力是指電機(jī)阻礙人腳運(yùn)動(dòng)方向的力，由電機(jī)產(chǎn)生的力；阻力可以由軟件設(shè)定，當(dāng)外力大于設(shè)定的阻力，機(jī)器人手臂才開始運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，所述步驟S2還包括：所述機(jī)器人手臂位于所述伸展位置時(shí)，所述機(jī)器人手臂進(jìn)入被動(dòng)模式(所述被動(dòng)模式適于機(jī)器人手臂帶動(dòng)人運(yùn)行)并運(yùn)行至所述彎曲位置。由此，可以使患者進(jìn)行所述被動(dòng)模式的訓(xùn)練，當(dāng)患者隨同所述機(jī)器人手臂由所述伸展位置運(yùn)行至所述彎曲位置時(shí)，相當(dāng)于暫時(shí)結(jié)束所述被動(dòng)模式；當(dāng)患者隨同所述機(jī)器人手臂位于所述彎曲位置時(shí)，所述機(jī)器人手臂進(jìn)入所述主動(dòng)模式(所述主動(dòng)模式適于人帶動(dòng)所述機(jī)器人手臂運(yùn)行)，此時(shí)，患者可以主動(dòng)施力以進(jìn)行所述主動(dòng)模式的訓(xùn)練。具體地，當(dāng)患者施加的力與所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力呈一定關(guān)系(例如當(dāng)患者施加的力大于所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力)時(shí)，使患者進(jìn)行主動(dòng)模式訓(xùn)練。由此，在訓(xùn)練的過(guò)程中可以交替進(jìn)行主動(dòng)模式和被動(dòng)模式的訓(xùn)練，從而有助于提高康復(fù)訓(xùn)練的效果。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，所述步驟S2還包括：所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置、以及所述機(jī)器人手臂從所述伸展位置朝所述彎曲位置移動(dòng)的過(guò)程中，檢測(cè)所述機(jī)器人手臂所受的拉力，在機(jī)器人手臂所受拉力大于預(yù)定大小時(shí)進(jìn)入被動(dòng)模式。具體地，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置、以及所述機(jī)器人手臂從所述伸展位置朝所述彎曲位置移動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)判斷所述機(jī)器人手臂所受拉力與預(yù)定拉力的關(guān)系選擇進(jìn)入所述被動(dòng)模式，從而能夠使患者進(jìn)行所述被動(dòng)模式下的康復(fù)訓(xùn)練。

進(jìn)一步地，當(dāng)患者隨同所述機(jī)器人手臂位于所述彎曲位置時(shí)，所述機(jī)器人手臂進(jìn)入所述主動(dòng)模式(所述主動(dòng)模式適于人帶動(dòng)所述機(jī)器人手臂運(yùn)行)，此時(shí)，患者可以主動(dòng)施力以進(jìn)行所述主動(dòng)模式的訓(xùn)練。具體地，當(dāng)患者施加的力與所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力呈一定關(guān)系(例如當(dāng)患者施加的力大于所述機(jī)器人手臂的預(yù)定大小的阻尼力)時(shí)，使患者進(jìn)行主動(dòng)模式訓(xùn)練。由此，在訓(xùn)練的過(guò)程中可以交替進(jìn)行主動(dòng)模式和被動(dòng)模式的訓(xùn)練，從而有助于提高康復(fù)訓(xùn)練的效果。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，所述步驟S1還包括：在運(yùn)行所述被動(dòng)模式前，輸入機(jī)器人手臂運(yùn)行信息，并在所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置記錄完成后，將所述機(jī)器人手臂運(yùn)行信息與所述機(jī)器人手臂的伸展位置和彎曲位置關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)，所述機(jī)器人手臂運(yùn)行信息包括機(jī)器人手臂運(yùn)行角度。由此，有利于更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)所述主動(dòng)模式和所述被動(dòng)模式訓(xùn)練的精確控制，從而能夠提高康復(fù)訓(xùn)練的精度，進(jìn)而提高康復(fù)訓(xùn)練效果。

本發(fā)明主要針對(duì)下肢康復(fù)訓(xùn)練所進(jìn)行的康復(fù)訓(xùn)練，但不限于下肢康復(fù)訓(xùn)練。本發(fā)明的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法可以實(shí)現(xiàn)一種在指定的運(yùn)動(dòng)軌跡下，根據(jù)所述機(jī)器人手臂的力矩反饋，進(jìn)行阻力控制(由程序算法控制)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的方法。

結(jié)合圖4至圖6，根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人100，所述康復(fù)機(jī)器人適于采用上述所述的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)機(jī)器人100包括：機(jī)器人柜體1、機(jī)器人手臂2、固定支撐裝置3、驅(qū)動(dòng)裝置4、位置檢測(cè)組件以及控制器(圖中未示出)。

具體而言，機(jī)器人手臂2設(shè)在機(jī)器人柜體1上用于協(xié)助訓(xùn)練，機(jī)器人手臂2上設(shè)有固定支撐裝置3。通過(guò)固定支撐裝置3可以對(duì)患者的下肢進(jìn)行固定和支撐，從而能夠更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。驅(qū)動(dòng)裝置4與機(jī)器人手臂2相連，驅(qū)動(dòng)裝置4可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂2活動(dòng)。這樣可以為康復(fù)訓(xùn)練提供有利條件。所述位置檢測(cè)組件可以用于檢測(cè)機(jī)器人手臂2的位置。如此有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

所述控制器與所述位置檢測(cè)組件和機(jī)器人手臂2相連。例如，所述控制器與所述位置檢測(cè)組件相連用于檢測(cè)機(jī)器人手臂2的位置，所述控制器與機(jī)器人手臂2相連，從而更好地控制機(jī)器人手臂2的動(dòng)作，進(jìn)而能夠使患者更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

所述控制器用于接收并記錄機(jī)器人手臂2的伸展位置和彎曲位置并控制機(jī)器人手臂2在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往返(或往復(fù))運(yùn)動(dòng)，所述伸展位置為適于帶動(dòng)人腿伸展至預(yù)定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動(dòng)人腿彎曲至預(yù)定狀態(tài)的位置。由此，通過(guò)機(jī)器人手臂2帶動(dòng)患者的下肢在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以更有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉范圍，促進(jìn)肌力和關(guān)節(jié)活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練康復(fù)效果。

進(jìn)一步地，機(jī)器人手臂2包括大臂21和小臂22，大臂21的一端與機(jī)器人柜體1鉸接，小臂22的一端與大臂21的另一端鉸接，且小臂22的另一端設(shè)有固定支撐裝置3。

參照?qǐng)D4，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，機(jī)器人柜體1上可以設(shè)有滑塊11，滑塊11沿上下方向移動(dòng)，機(jī)器人手臂2設(shè)在滑塊11上。由此，使得機(jī)器人手臂2可以隨著滑塊11的上下移動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，從而能夠帶動(dòng)患者的下肢進(jìn)一步進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

參照?qǐng)D4和圖5，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，固定支撐裝置3包括：腳固定器31、小腿支撐32以及連接件33。

具體而言，腳固定器31用于固定和支撐人體的腳，小腿支撐32與腳固定器31呈預(yù)定角度(例如60°至90°)，連接件33與機(jī)器人手臂2相連，連接件33的一端與腳固定器31相連，而且連接件33的另一端連接小腿支撐32。由此，通過(guò)固定支撐裝置3可以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者下肢(例如腳、小腿等)的可靠支撐，從而能夠更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

其中，在機(jī)器人手臂2處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，腳固定器31與水平面可以呈30°到60°的夾角。這樣可以提高患者的舒適性體驗(yàn)，從而能夠更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。具體地，腳固定器31與水平面之間所呈的夾角可以為30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°等。腳固定器31與水平面之間所呈的夾角可以根據(jù)實(shí)際需要適應(yīng)性設(shè)置。

另外，腳固定器31與小腿支撐32之間可以呈預(yù)定角度，所述預(yù)定角度可以為60°、70°、80°、85°或90°等。所述預(yù)定角度可以根據(jù)實(shí)際需要適應(yīng)性調(diào)整。

進(jìn)一步地，如圖4所示，固定支撐裝置3上設(shè)有壓力感知模塊34，壓力感知模塊34可以用于檢測(cè)人體對(duì)機(jī)器人手臂2的推力。其中，壓力感知模塊34可以與所述控制器通信，使得所述控制器可以根據(jù)壓力感知模塊34檢測(cè)到的人體對(duì)機(jī)器人手臂2的推力的不同，進(jìn)一步控制機(jī)器人手臂2的動(dòng)作，從而有助于提高康復(fù)訓(xùn)練的舒適性。

例如，可以在腳固定器31和小腿支撐32中的至少一個(gè)上設(shè)有壓力感知模塊34。也就是說(shuō)，可以在腳固定器31上設(shè)有壓力感知模塊34，也可以是在小腿支撐32上設(shè)有壓力感知模塊34，還可以是在腳固定器31和小腿支撐32上均設(shè)有壓力感知模塊34。壓力感知模塊34的具體設(shè)置位置以及設(shè)置方式可以根據(jù)實(shí)際需要適應(yīng)性設(shè)置。

參照?qǐng)D6并結(jié)合圖4和圖5，驅(qū)動(dòng)裝置4包括第一電機(jī)41和第二電機(jī)42，第一電機(jī)41用于驅(qū)動(dòng)大臂21旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)42用于驅(qū)動(dòng)小臂22旋轉(zhuǎn)。這樣通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置4可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人手臂2動(dòng)作的控制。

所述位置檢測(cè)組件包括第一編碼器和第二編碼器，所述第一編碼器與第一電機(jī)41相連可以檢測(cè)第一電機(jī)41的旋轉(zhuǎn)角度，所述第二編碼器與第二電機(jī)42相連可以檢測(cè)第二電機(jī)42的旋轉(zhuǎn)角度，所述第一編碼器和所述第二編碼器配合以確定機(jī)器人手臂2的位置。由此，通過(guò)所述位置檢測(cè)組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人手臂2在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中位置的精準(zhǔn)控制。

進(jìn)一步地，結(jié)合圖6，驅(qū)動(dòng)裝置4還包括第三電機(jī)43，第三電機(jī)43用于驅(qū)動(dòng)固定支撐裝置3運(yùn)動(dòng)，從而能夠使患者更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。所述位置檢測(cè)組件還包括第三編碼器，所述第三編碼器與第三電機(jī)43相連可以檢測(cè)第三電機(jī)43的旋轉(zhuǎn)角度，所述第一編碼器、所述第二編碼器以及所述第三編碼器配合可以確定機(jī)器人手臂2的位置。由此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置4與所述位置檢測(cè)組件的配合可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人手臂2在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中位置的精準(zhǔn)控制。

本發(fā)明要解決的問題在于針對(duì)下肢康復(fù)訓(xùn)練，結(jié)合SCARA機(jī)器人，提出一種更為有效的，主動(dòng)被動(dòng)訓(xùn)練的康復(fù)訓(xùn)練方法，在設(shè)定不同的軌跡情況下，實(shí)現(xiàn)精確的，主動(dòng)與被動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)。

如圖1所法，本專利方法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練原理如下：根據(jù)參數(shù)設(shè)定，規(guī)劃高精確度的康復(fù)訓(xùn)練路徑，設(shè)定訓(xùn)練時(shí)間；根據(jù)機(jī)器人的正向控制方法，控制運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)人體的被動(dòng)訓(xùn)練；到達(dá)被動(dòng)訓(xùn)練目的位置，轉(zhuǎn)為主動(dòng)訓(xùn)練模式；通過(guò)采集機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)電機(jī)的力矩反饋，并把采集到的力矩反饋信號(hào)發(fā)送給控制單元；控制單元根據(jù)采集到的信號(hào)，判斷人體下肢的出力力度及方向，控制機(jī)器人手臂沿著訓(xùn)練路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速率與采集到的壓力傳感器力度在允許范圍內(nèi)成比例關(guān)系；根據(jù)人體下肢的力度，控制運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到主動(dòng)訓(xùn)練目的位置，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)；到達(dá)主動(dòng)訓(xùn)練目的位置后轉(zhuǎn)換為被動(dòng)訓(xùn)練模式，根據(jù)設(shè)定的軌跡路徑，控制機(jī)器手臂按設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)人體活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。重復(fù)上述過(guò)程，直至設(shè)定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間結(jié)束。該方法的實(shí)現(xiàn)狀態(tài)流程，見圖1。

其中，在圖1中，(1-a)為上電啟動(dòng)；

(1-b)為患者信息錄入，如身高，腿長(zhǎng)，性別等信息。

(1-c)為機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)到特定的準(zhǔn)備位置，以便患者把腿部放上去。

(1-d)選擇不同的模式，根據(jù)參數(shù)設(shè)定，生成不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，以符合不同的精確要求的康復(fù)訓(xùn)練。

(1-e)設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度的最大范圍，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)間，角度范圍，主動(dòng)訓(xùn)練的阻力大小等。

(1-f)訓(xùn)練開始。

(1-g)啟動(dòng)一次被動(dòng)訓(xùn)練。

(1-h)判斷是否已經(jīng)獲取順利完成一次被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并記錄的運(yùn)動(dòng)軌跡。

(1-i)、(1-j)交替實(shí)現(xiàn)主動(dòng)訓(xùn)練和被動(dòng)訓(xùn)練。當(dāng)(1-i)被動(dòng)訓(xùn)練完成，則切換為主動(dòng)模式訓(xùn)練，跳轉(zhuǎn)到(1-j)狀態(tài)。

(1-k)若治療時(shí)間結(jié)束或者訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)被停止取消，則跳轉(zhuǎn)到(1-l)詢問是否切換其他模式，若沒有，則結(jié)束，運(yùn)動(dòng)到準(zhǔn)備位置(1-m)。

其中，(1-c)不同患者，左右腳的位置，運(yùn)動(dòng)到一個(gè)相對(duì)適合的位置，其高度比為髖關(guān)節(jié)部位高5厘米至7厘米(例如6厘米)。這樣的設(shè)置相對(duì)比較合理，可以避免康復(fù)機(jī)器人100與人體支撐件(例如床位)產(chǎn)生干涉。其中，(1-d)根據(jù)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和設(shè)定的參數(shù)，產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，見圖2。

根據(jù)圖2設(shè)定患者側(cè)的Θm1，Θm2，Θm3等計(jì)算出末端位置X3，y3及其姿態(tài)，同時(shí)在已知末端位置和姿態(tài)的情況下，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆向運(yùn)動(dòng)可以求出Scara手臂每個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度。根據(jù)康復(fù)運(yùn)動(dòng)學(xué)，設(shè)定不同的運(yùn)動(dòng)模式。不同的模式下，Θm1，Θm2與Θm3有所不同，從而可以得到不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，其治療效果是不一樣的，針對(duì)不同的患者，設(shè)定不同的參數(shù)，則因人而異，對(duì)癥治病。因?yàn)镾cara機(jī)器人手臂可以實(shí)現(xiàn)精確控制，所以在設(shè)定的模式下，可以非常準(zhǔn)確的執(zhí)行所設(shè)定的軌跡，已達(dá)到所需求的治療目的。

其中(1-e)設(shè)定Θm1，Θm2與Θm3的運(yùn)動(dòng)范圍，機(jī)器手比最大運(yùn)動(dòng)角速度，還有治療時(shí)間和主動(dòng)模式的阻力。阻力設(shè)定如下，見圖3：

其中(1-g)為被動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)，也就是人的腿部不需用力，由機(jī)器人手臂帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

其中(1-j)為主動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)，通過(guò)采集電機(jī)的電流，判斷電機(jī)的力矩大小，合成力矩矢量，判斷水平推力，根據(jù)水平推力，結(jié)合(1-e)阻力設(shè)定，進(jìn)行電機(jī)的速度調(diào)節(jié)和固定軌跡的運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于圖2中L1與L2為機(jī)器人手臂2的長(zhǎng)度，L1為大臂21的長(zhǎng)度，L2為小臂22的長(zhǎng)度。Lm1和Lm2分別為人體的大腿長(zhǎng)和小腿長(zhǎng)，L與H為人體的髖關(guān)節(jié)到機(jī)器人手臂左邊原點(diǎn)的X軸與Y軸的距離。另外，圖2中的字母E處代表患者，字母F處代表患者的髖關(guān)節(jié)，字母J處代表固定支撐裝置，字母K處代表患者的踝關(guān)節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法，所述康復(fù)機(jī)器人具有主動(dòng)模式和被動(dòng)模式，所述機(jī)器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復(fù)運(yùn)行，可以協(xié)助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。這樣通過(guò)主動(dòng)模式結(jié)合被動(dòng)模式的訓(xùn)練能夠更有效的加強(qiáng)患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進(jìn)肌力和關(guān)節(jié)活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練康復(fù)效果。

下面結(jié)合圖1至圖6詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法的工作過(guò)程。

具體而言，如圖2和圖6所示，L1為機(jī)器人手臂的大臂，L2為機(jī)器人手臂的小臂，通過(guò)固定支撐裝置3把兩者連接起來(lái)，在設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡條件下，如沿著水平面做來(lái)回運(yùn)動(dòng)。首先進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人手臂2控制各個(gè)手臂關(guān)節(jié)電機(jī)1、2、3(即前述的驅(qū)動(dòng)裝置4)進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榭拷梭w方向。運(yùn)動(dòng)到軌跡末端位置，則轉(zhuǎn)為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式，監(jiān)測(cè)手臂關(guān)節(jié)電機(jī)1、2、3的力矩反饋，可以計(jì)算出人體大腿與小腿出力水平出力大小，根據(jù)前述的訓(xùn)練方法進(jìn)行控制，機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)速度由腿部的力控制，根據(jù)設(shè)定不同的阻力大小，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)被動(dòng)相結(jié)合的康復(fù)訓(xùn)練。

本發(fā)明要解決的問題在于針對(duì)下肢康復(fù)訓(xùn)練，結(jié)合SCARA機(jī)器人，提出一種更為有效的，主動(dòng)被動(dòng)訓(xùn)練的康復(fù)訓(xùn)練方法，在設(shè)定不同的軌跡情況下，實(shí)現(xiàn)精確的，主動(dòng)與被動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于下肢康復(fù)運(yùn)動(dòng)，主被動(dòng)的康復(fù)運(yùn)動(dòng)性治療，往往需要幾個(gè)醫(yī)生或者治療師共同完成幾十次甚至上百次的康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)也很難控制到精確的軌跡運(yùn)動(dòng)。采用SCARA機(jī)器人，結(jié)合設(shè)定軌跡進(jìn)行主動(dòng)與被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，一是解放醫(yī)生和治療師，可以讓醫(yī)生能更加注重康復(fù)理論與治療方法的研究，而不是重復(fù)性的體力運(yùn)動(dòng)；二是實(shí)現(xiàn)精確的軌跡運(yùn)動(dòng)控制，更加有效的執(zhí)行所設(shè)定的康復(fù)運(yùn)動(dòng)。至此完成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方法的工作過(guò)程。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。