康复机器人的控制方法、系统、电子设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种康复机器人的控制方法、系统、电子设备及存储介质。其中，控制方法包括：设置康复机器人的末端减重力；获取康复机器人的末端与外部环境之间的第一接触力；获取末端的实时运动数据，实时运动数据包括实时高度、实时速度以及实时加速度；根据阻抗模型与实时运动数据确定末端与外部环境之间的第二接触力；根据末端减重力、第一接触力以及第二接触力确定减重力修正值；根据减重力修正值与PID算法分别确定末端的给定速度与给定加速度；根据给定速度与给定加速度控制末端的运动。本发明专利技术采用间接力矩的方式来控制康复机器人的末端力，以实现交互控制，例如，可以在患者的康复运动过程中实现对患者的安全而可控的助力。

【技术实现步骤摘要】
康复机器人的控制方法、系统、电子设备及存储介质
本专利技术涉及自动化控制
，尤其涉及一种康复机器人的控制方法、系统、电子设备及存储介质。
技术介绍
世界范围内，人口老龄化正逐渐成为一个不可忽略的重大课题。随着人口老龄化程度的加剧，伴随发生的高龄人口疾病发生率也日益增加，以其中最为严重的脑卒中为例，根据国家统计局数据显示，到2019年我国因脑卒中发病死亡的人数已经达到140.3/10万，即使得到及时的救治，大约75％患者依然会在脑卒中在发病后留下许多不同程度的后遗症，这些后遗症会极大降低患者的生活自理能力，严重影响患者及其家人的生活质量。在如此众多的后遗症中，患者发生偏瘫的概率最高，临床表明，科学的康复训练配合手术治疗和药物治疗，能够显著提高脑卒中偏瘫患者肢体功能恢复的概率，进行及时而重复的康复训练可以修复患者在脑卒中发病过程中受损的神经系统，并对肌肉骨骼等运动系统进行强化，有助于患者患侧肢运动机能的恢复。目前，下肢康复训练中，髋部减重康复训练是最常用的方法，并且，现有下肢康复机器人多采用直接力矩控制法，即直接控制电机输出力矩，从而达到控制末端力并实现髋部减重效果。但是，由于下肢偏瘫患者的下肢支撑能力很弱，直接采用力矩控制的方式来控制康复机器人的末端力，控制器失效风险较大，容易造成患者二次损伤。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中康复机器人采用直接力矩控制法容易导致患者二次损伤的缺陷，提供一种康复机器人的控制方法、系统、电子设备及存储介质。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种康复机器人的控制方法，包括：设置所述康复机器人的末端减重力；获取所述康复机器人的末端与外部环境之间的第一接触力；获取所述末端的实时运动数据，所述实时运动数据包括实时高度、实时速度以及实时加速度；根据阻抗模型与所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力；根据所述末端减重力、所述第一接触力以及所述第二接触力确定减重力修正值；根据所述减重力修正值与PID(比例(P)、积分(I)、微分)算法分别确定所述末端的给定速度与给定加速度；根据所述给定速度与所述给定加速度控制所述末端的运动。较佳地，所述控制方法还包括：构建所述阻抗模型，其中，所述阻抗模型的参数包括预设虚拟弹簧与预设虚拟阻尼。较佳地，所述控制方法还包括：设置所述末端运动的参考轨迹，其中，所述参考轨迹包括期望高度、期望速度以及期望加速度；所述根据阻抗模型与所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力的步骤包括：根据所述阻抗模型、所述参考轨迹以及所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力。较佳地，所述根据所述减重力修正值与PID算法分别确定所述末端的给定速度与给定加速度的步骤包括：根据下式计算所述给定速度：根据下式计算所述给定加速度：其中，ΔF表示减重力修正值，Kp1表示速度比例系数，Kd1表示速度微分系数，Kp2表示加速度比例系数，Kd2表示加速度微分系数；和/或，所述根据所述给定速度与所述给定加速度控制所述末端的运动的步骤包括：根据所述给定速度确定所述末端的电机驱动器的速度驱动指令；根据所述给定加速度确定所述电机驱动器的加速度驱动指令；根据所述速度驱动指令与所述加速度驱动指令驱动所述电机驱动器。一种康复机器人的控制系统，包括：第一设置模块，用于设置所述康复机器人的末端减重力；第一获取模块，用于获取所述康复机器人的末端与外部环境之间的第一接触力；第二获取模块，用于获取所述末端的实时运动数据，所述实时运动数据包括实时高度、实时速度以及实时加速度；第一确定模块，用于根据阻抗模型与所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力；第二确定模块，用于根据所述末端减重力、所述第一接触力以及所述第二接触力确定减重力修正值；第三确定模块，用于根据所述减重力修正值与PID算法分别确定所述末端的给定速度与给定加速度；控制模块，用于根据所述给定速度与所述给定加速度控制所述末端的运动。较佳地，所述控制系统还包括：构建模块，用于构建所述阻抗模型，其中，所述阻抗模型的参数包括预设虚拟弹簧与预设虚拟阻尼。较佳地，所述控制系统还包括：第二设置模块，用于设置所述末端运动的参考轨迹，其中，所述参考轨迹包括期望高度、期望速度以及期望加速度；所述第一确定模块具体用于根据所述阻抗模型、所述参考轨迹以及所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力。较佳地，所述第三确定模块包括：第一计算单元，用于根据下式计算所述给定速度：第二计算单元，用于根据下式计算所述给定加速度：其中，ΔF表示减重力修正值，Kp1表示速度比例系数，Kd1表示速度微分系数，Kp2表示加速度比例系数，Kd2表示加速度微分系数；和/或，所述控制模块包括：第一确定单元，用于根据所述给定速度确定所述末端的电机驱动器的速度驱动指令；第二确定单元，用于根据所述给定加速度确定所述电机驱动器的加速度驱动指令；驱动单元，用于根据所述速度驱动指令与所述加速度驱动指令驱动所述电机驱动器。一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一种康复机器人的控制方法。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种康复机器人的控制方法的步骤。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术采用间接力矩的方式来控制康复机器人的末端力，具体地，通过控制康复机器人末端的给定速度与给定加速度来间接实现康复机器人末端力的控制，以实现康复机器人与外部环境之间的交互控制，例如，可以在患者的康复运动过程中实现对患者的安全而可控的助力，以有利于患者康复。附图说明图1为根据本专利技术实施例1的康复机器人的控制方法的流程图。图2为根据本专利技术实施例1的康复机器人的控制方法中数据处理的逻辑示意图。图3为采用本专利技术实施例1的康复机器人的控制方法的康复机器人的伯德图。图4为未采用本专利技术实施例1的康复机器人的控制方法的康复机器人的伯德图。图5为根据本专利技术实施例2的康复机器人的控制系统的模块示意图。图6为根据本专利技术实施例3的电子设备的结构示意图。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。实施例1本实施例提供一种康复机器人的控制方法，图1示出了本实施例的控制方法的流程图。参照图1，本实施例的控制方法包括：S1、设置康复机器人的末端减重力；S2、获取康复机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种康复机器人的控制方法，其特征在于，包括：/n设置所述康复机器人的末端减重力；/n获取所述康复机器人的末端与外部环境之间的第一接触力；/n获取所述末端的实时运动数据，所述实时运动数据包括实时高度、实时速度以及实时加速度；/n根据阻抗模型与所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力；/n根据所述末端减重力、所述第一接触力以及所述第二接触力确定减重力修正值；/n根据所述减重力修正值与PID算法分别确定所述末端的给定速度与给定加速度；/n根据所述给定速度与所述给定加速度控制所述末端的运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种康复机器人的控制方法，其特征在于，包括：
设置所述康复机器人的末端减重力；
获取所述康复机器人的末端与外部环境之间的第一接触力；
获取所述末端的实时运动数据，所述实时运动数据包括实时高度、实时速度以及实时加速度；
根据阻抗模型与所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力；
根据所述末端减重力、所述第一接触力以及所述第二接触力确定减重力修正值；
根据所述减重力修正值与PID算法分别确定所述末端的给定速度与给定加速度；
根据所述给定速度与所述给定加速度控制所述末端的运动。


2.如权利要求1所述的康复机器人的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
构建所述阻抗模型，其中，所述阻抗模型的参数包括预设虚拟弹簧与预设虚拟阻尼。


3.如权利要求1所述的康复机器人的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
设置所述末端运动的参考轨迹，其中，所述参考轨迹包括期望高度、期望速度以及期望加速度；
所述根据阻抗模型与所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力的步骤包括：
根据所述阻抗模型、所述参考轨迹以及所述实时运动数据确定所述末端与所述外部环境之间的第二接触力。


4.如权利要求1所述的康复机器人的控制方法，其特征在于，所述根据所述减重力修正值与PID算法分别确定所述末端的给定速度与给定加速度的步骤包括：
根据下式计算所述给定速度：



根据下式计算所述给定加速度：



其中，ΔF表示减重力修正值，Kp1表示速度比例系数，Kd1表示速度微分系数，Kp2表示加速度比例系数，Kd2表示加速度微分系数；
和/或，
所述根据所述给定速度与所述给定加速度控制所述末端的运动的步骤包括：
根据所述给定速度确定所述末端的电机驱动器的速度驱动指令；
根据所述给定加速度确定所述电机驱动器的加速度驱动指令；
根据所述速度驱动指令与所述加速度驱动指令驱动所述电机驱动器。


5.一种康复机器人的控制系统，其特征在于，包括：
第一设置模块，用于设置所述康复机器人的末端减重力；
第一获取模块，用于获取所述康复机器人的末端与外部环境之间的第一接触力；
第二获取模块，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福生，夏林清，范渊杰，徐颖俊，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31