一种康复机器人及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种康复机器人及其控制方法，涉及机器人技术领域，上述康复机器人控制方法包括：控制虚拟现实装置从第一侧机械臂和第二侧机械臂的协同工作空间中获取目标位置，接收虚拟现实装置发送的目标位置；基于人工势场算法确定第一侧机械臂和第二侧机械臂在无碰撞下到达目标位置各关节的输出力矩；基于输出力矩控制第一侧机械臂和第二侧机械臂对各关节施加辅助力矩或阻力矩，以使第一侧机械臂和第二侧机械臂的末端分别到达目标位置。本发明专利技术能够避免上肢康复训练中双臂之间发生碰撞，实现了对双侧手臂的协调训练，提升了康复机器人的实用性。人的实用性。人的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种康复机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其是涉及一种康复机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]现有的上肢康复机器人通常针对单侧手臂进行设计，无法进行协调性训练，少数双侧上肢康复机器人针对双臂进行康复训练，但是主要采用镜像训练方法，即一侧手臂主动运动，另一侧手臂被动地复制主动手臂的运动，在训练过程中双侧机械臂可能会产生碰撞，影响训练效果，训练的局限性较大，实用性较差。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种康复机器人及其控制方法，能够实现对第一侧机械臂和第二侧机械臂的动态避障和静态避障，避免康复训练中双臂之间发生碰撞，同时可以实现对双侧手臂的协调训练，提升了康复机器人的实用性。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种康复机器人控制方法，应用于康复机器人的控制器，所述康复机器人包括第一侧机械臂、第二侧机械臂、控制器和虚拟现实装置；所述康复机器人控制方法包括：控制所述虚拟现实装置从所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂的协同工作空间中获取目标位置，接收所述虚拟现实装置发送的目标位置；基于人工势场算法确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂在无碰撞下到达所述目标位置各关节的输出力矩；基于所述输出力矩控制所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂对各关节施加辅助力矩或阻力矩，以使所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂的末端分别到达所述目标位置。
[0006]进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述康复机器人控制方法还包括：采用蒙特卡洛采样算法确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂的协同工作空间，将所述协同工作空间发送至所述虚拟现实装置中。
[0007]进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述康复机器人控制方法还包括：控制所述虚拟现实装置向用户展示预存的训练模式，将用户选择的训练模式作为目标训练模式，基于所述目标训练模式从所述协同工作空间中选取任意一点作为目标位置。
[0008]进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述基于人工势场算法确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂在无碰撞下到达所述目标位置各关节的输出力矩的步骤，包括：基于所述人工势场算法及所述目标位置分别计算所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂所受的吸引力和排斥力；接收所述虚拟现实装置发送的目标训练模式，根据所述目标训练模式确定对应的辅助力矩系数；基于所述吸引力、所述排斥力及所述辅助力矩系数确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂各关节的输出力矩。
[0009]进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述基于
所述吸引力、所述排斥力及所述辅助力矩系数确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂各关节的输出力矩的步骤，包括：基于所述吸引力和所述排斥力分别计算所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂所受合力；基于所述辅助力矩系数及所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂所受合力，分别计算所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂各关节的输出力矩。
[0010]进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一侧机械臂各关节输出力矩的计算算式为：
[0011][0012]其中，τ
L
为所述第一侧机械臂各关节输出力矩，α为所述辅助力矩系数，分别为所述第一侧机械臂的各关节角度、角速度和角加速度，n为所述第一侧机械臂的关节自由度，J
L
∈R3×
n
为所述第一侧机械臂的线速度雅克比矩阵，F
L
为所述第一侧机械臂所受合力，M
L
(q
L
)∈R
n
×
n
为所述第一侧机械臂的惯性矩阵，为所述第一侧机械臂的克里斯托弗尔矩阵，G
L
(q
L
)∈R
n
为所述第一侧机械臂的重力项，为所述第一侧机械臂的摩擦力项；
[0013]所述第一侧机械臂所受合力的计算算式为：
[0014]F
L
＝F
att_L
+F
rep_L2R2
+F
rep_L2R1
+F
rep_L2B
∈R3[0015]其中，F
att_L
∈R3为第一侧机械臂末端受到目标位置的吸引力向量，F
rep_L2R2
∈R3为第一侧前臂L2受到第二侧前臂R2的排斥力向量，F
rep_L2R1
∈R3为第一侧前臂L2受到第二侧上臂R1的排斥力向量，F
rep_L2B
∈R3为第一侧前臂L2受到身体B的排斥力向量。
[0016]所述第二侧机械臂各关节的输出力矩的计算算式为：
[0017][0018]其中，τ
R
为所述第二侧机械臂各关节输出力矩，分别为所述第二侧机械臂的各关节角度、角速度和角加速度，m为所述第二侧机械臂的关节自由度，J
R
∈R3×
m
为所述第二侧机械臂的线速度雅克比矩阵，F
R
为所述第二侧机械臂所受合力，M
R
(q
R
)∈R
m
×
m
为所述第二侧机械臂的惯性矩阵，为所述第二侧机械臂的克里斯托弗尔矩阵，G
R
(q
R
)∈R
m
为所述第二侧机械臂的重力项，为所述第二侧机械臂的摩擦力项。
[0019]所述第二侧机械臂所受合力的计算算式为：
[0020]F
R
＝F
att_R
+F
rep_R2L2
+F
rep_R2L1
+F
rep_R2B
[0021]其中，F
att_R
∈R3为第二侧机械臂末端受到目标位置的吸引力向量，F
rep_R2L2
∈R3为第二侧前臂R2受到第一侧前臂L2的排斥力向量，F
rep_R2L1
∈R3为第二侧前臂R2受到第一侧上臂L1的排斥力向量，F
rep_R2B
∈R3为第二侧前臂R2受到身体B的排斥力向量。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述训练模式包括被动助力模式、主动助力模式和阻尼模式，所述被动助力模式对应的辅助力矩系数α＝100％，所述主动助力模式对应的辅助力矩系数α＝0～99％，所述阻尼模式对应的辅助力矩系数α＝
‑
1～
‑
100％。
[0022]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种康复机器人，包括第一侧机械臂、第二侧机械臂、控制器和虚拟现实装置；所述虚拟现实装置用于从所述第一侧机械臂和所述第二侧
机械臂的协同工作空间中获取目标位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种康复机器人控制方法，其特征在于，应用于康复机器人的控制器，所述康复机器人包括第一侧机械臂、第二侧机械臂、控制器和虚拟现实装置；所述康复机器人控制方法包括：控制所述虚拟现实装置从所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂的协同工作空间中获取目标位置，接收所述虚拟现实装置发送的目标位置；基于人工势场算法确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂在无碰撞下到达所述目标位置各关节的输出力矩；基于所述输出力矩控制所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂对各关节施加辅助力矩或阻力矩，以使所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂的末端分别到达所述目标位置。2.根据权利要求1所述的康复机器人控制方法，其特征在于，还包括：采用蒙特卡洛采样算法确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂的协同工作空间，将所述协同工作空间发送至所述虚拟现实装置中。3.根据权利要求2所述的康复机器人控制方法，其特征在于，还包括：控制所述虚拟现实装置向用户展示预存的训练模式，将用户选择的训练模式作为目标训练模式，基于所述目标训练模式从所述协同工作空间中选取任意一点作为目标位置。4.根据权利要求1所述的康复机器人控制方法，其特征在于，所述基于人工势场算法确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂在无碰撞下到达所述目标位置各关节的输出力矩的步骤，包括：基于所述人工势场算法及所述目标位置分别计算所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂所受的吸引力和排斥力；接收所述虚拟现实装置发送的目标训练模式，根据所述目标训练模式确定对应的辅助力矩系数；基于所述吸引力、所述排斥力及所述辅助力矩系数确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂各关节的输出力矩。5.根据权利要求4所述的康复机器人控制方法，其特征在于，所述基于所述吸引力、所述排斥力及所述辅助力矩系数确定所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂各关节的输出力矩的步骤，包括：基于所述吸引力和所述排斥力分别计算所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂所受合力；基于所述辅助力矩系数及所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂所受合力，分别计算所述第一侧机械臂和所述第二侧机械臂各关节的输出力矩。6.根据权利要求5所述的康复机器人控制方法，其特征在于，所述第一侧机械臂各关节输出力矩的计算算式为：其中，τ
L
为所述第一侧机械臂各关节输出力矩，α为所述辅助力矩系数，分别为所述第一侧机械臂的各关节角度、角速度和角加速度，n为所述第一侧机械臂的关节自由度，J
L
∈R3×
n
为所述第一侧机械臂的线速度雅克比矩阵，F
L
为所述第一侧机械臂所受合力，M
L
(q
L
)∈R
n
×
n
为所述第一侧机械臂的惯性矩阵，
为所述第一侧机械臂的克里斯托弗尔矩阵，G
L
(q
L
)∈R
n
为所述第一侧机械臂的重力项，为所述第一侧机械臂的摩擦力项；所述第一侧机械臂所受合力的计算算式为：F
L
＝F
att_L
+F
rep_L2R2
+F
rep_L2R1
+F
rep_L2B
∈R3其中，F
att_L
∈R3为第一侧机械臂末端受到目标位置的吸引力向量，F
rep_L2R2
∈R3为第一侧前臂L2受到第二侧前臂R2的排斥力向量，F
rep_L2R1
∈R3为第一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：深圳华鹊景医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：