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機器人的訓練方法及康復機器人。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，關(guān)于下肢的主動被動康復運動器械，主要是基于簡單的循環(huán)踩踏動作，類似康復腳踏車，進行簡單的阻力控制。然而，上述訓練方法的控制精度差，只能實現(xiàn)基礎的圓周運動。

技術(shù)實現(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)明的一個目的在于提出一種康復機器人的訓練方法，所述康復機器人的訓練方法可以使患者更好地進行主被動訓練，且控制精度提高。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種康復機器人，所述康復機器人適于采用上述所述的康復機器人的訓練方法進行康復訓練。

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

根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的訓練方法，所述康復機器人具有主動模式和被動模式，所述機器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復運行，可以協(xié)助患者進行康復訓練。這樣通過主動模式結(jié)合被動模式的訓練能夠更有效的加強患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進肌力和關(guān)節(jié)活動，以達到訓練康復效果。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的康復機器人的訓練方法還具有如下附加的技術(shù)特征：

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

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

進一步地，所述機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的過程中檢測所述機器人手臂所受的推力，根據(jù)所述機器人手臂所受推力調(diào)節(jié)所述阻尼力以適于人腿推動所述機器人手臂朝所述伸展位置運動。

進一步地，所述阻尼力與所述機器人手臂所受推力呈正比例。

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

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述步驟S2還包括：所述機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的過程中檢測所述機器人手臂所受的拉力，在機器人手臂所受拉力大于預定大小時進入被動模式。

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

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

進一步地，所述機器人手臂包括大臂和小臂，所述大臂的一端與所述機器人柜體鉸接，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有固定支撐裝置。

進一步地，所述驅(qū)動裝置包括用于驅(qū)動所述大臂旋轉(zhuǎn)的第一電機、用于驅(qū)動所述小臂旋轉(zhuǎn)的第二電機；所述位置檢測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相連以檢測所述第一電機的旋轉(zhuǎn)角度，所述第二編碼器與所述第二電機相連以檢測所述第二電機的旋轉(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器人手臂的位置。

進一步地，所述驅(qū)動裝置還包括用于驅(qū)動所述固定支撐裝置運動的第三電機，所述位置檢測組件還包括第三編碼器，所述第三編碼器與所述第三電機相連以檢測所述第三電機的旋轉(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器人手臂的位置。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點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，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實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)明實施例的康復機器人的訓練方法流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的原理示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的訓練方法中阻尼力與運動速度的函數(shù)關(guān)系示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人與患者的相對位置示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的另一個結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記：

康復機器人100，

機器人柜體1，升降座11，

機器人手臂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)動裝置4，第一電機41，第二電機42，第三電機43。

具體實施方式

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

康復醫(yī)療在一定的條件許可下，極力推薦在有能力的情況下進行主動訓練，這樣更有利于肢體的康復。特別是針對帕金森患者的癥狀較為嚴重，在生活中喪失了生活自理能力，關(guān)節(jié)主動或被動訓練是每天不可缺少的。主動結(jié)合被動活動訓練能夠更有效的加強患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進肌力和關(guān)節(jié)活動，以達到訓練康復效果。在康復醫(yī)療領(lǐng)域，如德國MOTOmed(康復醫(yī)療設置的名稱)在國內(nèi)外康復醫(yī)院很普及，并得到廣泛的認可。

本發(fā)明利用電機力矩反饋，利用主動被動康復訓練的理念，結(jié)合SCARA機器人的特點，提出一種實現(xiàn)主被動康復訓練方法。

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

下面結(jié)合圖1至圖6詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的訓練方法。

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

具體地，運行被動模式并記錄所述機器人手臂的伸展位置和彎曲位置(或屈曲位置)，也就是說，在所述被動模式下適于所述機器人手臂帶動人運行，在這個過程上，對所述機器人手臂的伸展位置和彎曲位置(例如可以是運動過程中的兩個極限位置)進行記憶或存儲等。其中，所述伸展位置為適于帶動人腿伸展至預定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動人腿彎曲至預定狀態(tài)的位置。進一步地，所述機器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復運行可以協(xié)助訓練。例如，可以是先進行被動模式的訓練再進行主動模式的訓練，如此循環(huán)往復。換言之，可以是先由所述機器人手臂帶動人運行(例如所述機器人手臂從伸展位置運行至彎曲位置)，再由人帶動所述機器人手臂運行(例如使所述機器人手臂從彎曲位置運行至伸展位置)等，這樣可以使患者交替地進行主動模式和被動模式的訓練，從而更有利于提高患者的康復訓練效果。

當然，在本發(fā)明的其他實施例中，也可以是先進行主動模式的訓練再進行被動模式的訓練。無論是先進行主動模式的訓練再進行被動模式的訓練；還是先進行被動模式的訓練再進行主動模式的訓練，康復訓練的軌跡可以相同。

這里，需要說明的是，所述主動模式和所述被動模式是相對而言。例如，本申請中的所述主動模式和所述被動模式是相對于人而言的，若是人主動進行訓練則定義為主動模式，若是人被動進行訓練則定義為被動模式。

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

根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的訓練方法，所述康復機器人具有主動模式和被動模式，所述機器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復運行，可以協(xié)助患者進行康復訓練。這樣通過主動模式結(jié)合被動模式的訓練能夠更有效的加強患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進肌力和關(guān)節(jié)活動，以達到訓練康復效果。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，所述康復機器人的訓練方法還包括：接收所述康復機器人的治療信息，而且所述步驟S2可以根據(jù)所述治療信息協(xié)助訓練。由此，使得所述康復機器人可以根據(jù)不同的患者適應性設置康復訓練軌跡或路徑，更好地進行康復訓練。

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

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

具體而言，所述機器人手臂可以先帶動人體(被動模式)由所述伸展位置運動至所述彎曲位置，在所述主動模式下，人體由所述彎曲位置運動至所述伸展位置的過程中，人體向所述機器人手臂施加推力，在所述推力與所述機器人手臂的預定大小的阻尼力呈一定關(guān)系時，使人體進行主動模式的訓練。

進一步地，所述機器人手臂在所述彎曲位置、以及所述機器人手臂從所述彎曲位置朝所述伸展位置移動的過程中，檢測所述機器人手臂所受的推力，根據(jù)所述機器人手臂所受推力調(diào)節(jié)所述阻尼力以適于人腿推動所述機器人手臂朝所述伸展位置運動。這樣通過所述機器人手臂所受推力調(diào)節(jié)所述阻尼力，以適于人腿推動所述機器人手臂朝所述伸展位置運動(主動模式)，可以適應性調(diào)整患者訓練的強度，還可以提高患者康復訓練過程中的舒適度，從而有助于提高康復訓練效果。

進一步地，參照圖3，所述阻尼力與所述機器人手臂所受推力呈正比例。也就是說，所述阻尼力隨所述機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患者的伸展肌肉的力度以及活動范圍，從而能夠進一步提高康復訓練的效果。

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代表運動速度，Vmax代表設定速度的最大值；f代表阻力，阻力是指電機阻礙人腳運動方向的力，由電機產(chǎn)生的力；阻力可以由軟件設定，當外力大于設定的阻力，機器人手臂才開始運動。

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

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，所述步驟S2還包括：所述機器人手臂在所述伸展位置、以及所述機器人手臂從所述伸展位置朝所述彎曲位置移動的過程中，檢測所述機器人手臂所受的拉力，在機器人手臂所受拉力大于預定大小時進入被動模式。具體地，所述機器人手臂在所述伸展位置、以及所述機器人手臂從所述伸展位置朝所述彎曲位置移動的過程中，通過判斷所述機器人手臂所受拉力與預定拉力的關(guān)系選擇進入所述被動模式，從而能夠使患者進行所述被動模式下的康復訓練。

進一步地，當患者隨同所述機器人手臂位于所述彎曲位置時，所述機器人手臂進入所述主動模式(所述主動模式適于人帶動所述機器人手臂運行)，此時，患者可以主動施力以進行所述主動模式的訓練。具體地，當患者施加的力與所述機器人手臂的預定大小的阻尼力呈一定關(guān)系(例如當患者施加的力大于所述機器人手臂的預定大小的阻尼力)時，使患者進行主動模式訓練。由此，在訓練的過程中可以交替進行主動模式和被動模式的訓練，從而有助于提高康復訓練的效果。

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

本發(fā)明主要針對下肢康復訓練所進行的康復訓練，但不限于下肢康復訓練。本發(fā)明的康復機器人的訓練方法可以實現(xiàn)一種在指定的運動軌跡下，根據(jù)所述機器人手臂的力矩反饋，進行阻力控制(由程序算法控制)，實現(xiàn)主動被動康復訓練的方法。

結(jié)合圖4至圖6，根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的康復機器人100，所述康復機器人適于采用上述所述的康復機器人的訓練方法進行康復訓練，康復機器人100包括：機器人柜體1、機器人手臂2、固定支撐裝置3、驅(qū)動裝置4、位置檢測組件以及控制器(圖中未示出)。

具體而言，機器人手臂2設在機器人柜體1上用于協(xié)助訓練，機器人手臂2上設有固定支撐裝置3。通過固定支撐裝置3可以對患者的下肢進行固定和支撐，從而能夠更好地進行康復訓練。驅(qū)動裝置4與機器人手臂2相連，驅(qū)動裝置4可以驅(qū)動機器人手臂2活動。這樣可以為康復訓練提供有利條件。所述位置檢測組件可以用于檢測機器人手臂2的位置。如此有助于實現(xiàn)對康復訓練過程的精準控制。

所述控制器與所述位置檢測組件和機器人手臂2相連。例如，所述控制器與所述位置檢測組件相連用于檢測機器人手臂2的位置，所述控制器與機器人手臂2相連，從而更好地控制機器人手臂2的動作，進而能夠使患者更好地進行康復訓練。

所述控制器用于接收并記錄機器人手臂2的伸展位置和彎曲位置并控制機器人手臂2在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往返(或往復)運動，所述伸展位置為適于帶動人腿伸展至預定狀態(tài)的位置，所述彎曲位置為適于帶動人腿彎曲至預定狀態(tài)的位置。由此，通過機器人手臂2帶動患者的下肢在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復運動，可以更有效的加強患者的伸展肌肉范圍，促進肌力和關(guān)節(jié)活動，以達到訓練康復效果。

進一步地，機器人手臂2包括大臂21和小臂22，大臂21的一端與機器人柜體1鉸接，小臂22的一端與大臂21的另一端鉸接，且小臂22的另一端設有固定支撐裝置3。

參照圖4，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，機器人柜體1上可以設有滑塊11，滑塊11沿上下方向移動，機器人手臂2設在滑塊11上。由此，使得機器人手臂2可以隨著滑塊11的上下移動進行相應的動作，從而能夠帶動患者的下肢進一步進行康復訓練。

參照圖4和圖5，在本發(fā)明的一些具體實施例中，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呈預定角度(例如60°至90°)，連接件33與機器人手臂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，通過固定支撐裝置3可以實現(xiàn)對患者下肢(例如腳、小腿等)的可靠支撐，從而能夠更好地進行康復訓練。

其中，在機器人手臂2處于靜止狀態(tài)時，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，從而能夠更好地進行康復訓練。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)實際需要適應性設置。

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

進一步地，如圖4所示，固定支撐裝置3上設有壓力感知模塊34，壓力感知模塊34可以用于檢測人體對機器人手臂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檢測到的人體對機器人手臂2的推力的不同，進一步控制機器人手臂2的動作，從而有助于提高康復訓練的舒適性。

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

參照圖6并結(jié)合圖4和圖5，驅(qū)動裝置4包括第一電機41和第二電機42，第一電機41用于驅(qū)動大臂21旋轉(zhuǎn)，第二電機42用于驅(qū)動小臂22旋轉(zhuǎn)。這樣通過驅(qū)動裝置4可以更好地實現(xiàn)對機器人手臂2動作的控制。

所述位置檢測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41相連可以檢測第一電機41的旋轉(zhuǎn)角度，所述第二編碼器與第二電機42相連可以檢測第二電機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器人手臂2的位置。由此，通過所述位置檢測組件可以實現(xiàn)對機器人手臂2在運動過程中位置的精準控制。

進一步地，結(jié)合圖6，驅(qū)動裝置4還包括第三電機43，第三電機43用于驅(qū)動固定支撐裝置3運動，從而能夠使患者更好地進行康復訓練。所述位置檢測組件還包括第三編碼器，所述第三編碼器與第三電機43相連可以檢測第三電機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器人手臂2的位置。由此，通過驅(qū)動裝置4與所述位置檢測組件的配合可以更好地實現(xiàn)對機器人手臂2在運動過程中位置的精準控制。

本發(fā)明要解決的問題在于針對下肢康復訓練，結(jié)合SCARA機器人，提出一種更為有效的，主動被動訓練的康復訓練方法，在設定不同的軌跡情況下，實現(xiàn)精確的，主動與被動康復運動。

如圖1所法，本專利方法實現(xiàn)主動被動康復訓練原理如下：根據(jù)參數(shù)設定，規(guī)劃高精確度的康復訓練路徑，設定訓練時間；根據(jù)機器人的正向控制方法，控制運動部件運動，以帶動人體的被動訓練；到達被動訓練目的位置，轉(zhuǎn)為主動訓練模式；通過采集機器人手臂的關(guān)節(jié)電機的力矩反饋，并把采集到的力矩反饋信號發(fā)送給控制單元；控制單元根據(jù)采集到的信號，判斷人體下肢的出力力度及方向，控制機器人手臂沿著訓練路徑進行運動，其運動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，控制運動部件運動，運動到主動訓練目的位置，實現(xiàn)主動康復運動；到達主動訓練目的位置后轉(zhuǎn)換為被動訓練模式，根據(jù)設定的軌跡路徑，控制機器手臂按設定的軌跡運動，帶動人體活動，實現(xiàn)被動運動。重復上述過程，直至設定的運動時間結(jié)束。該方法的實現(xiàn)狀態(tài)流程，見圖1。

其中，在圖1中，(1-a)為上電啟動；

(1-b)為患者信息錄入，如身高，腿長，性別等信息。

(1-c)為機器人手臂運動到特定的準備位置，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)設定，生成不同的運動軌跡，以符合不同的精確要求的康復訓練。

(1-e)設定運動速度的最大范圍，運動訓練時間，角度范圍，主動訓練的阻力大小等。

(1-f)訓練開始。

(1-g)啟動一次被動訓練。

(1-h)判斷是否已經(jīng)獲取順利完成一次被動運動，并記錄的運動軌跡。

(1-i)、(1-j)交替實現(xiàn)主動訓練和被動訓練。當(1-i)被動訓練完成，則切換為主動模式訓練，跳轉(zhuǎn)到(1-j)狀態(tài)。

(1-k)若治療時間結(jié)束或者訓練運動被停止取消，則跳轉(zhuǎn)到(1-l)詢問是否切換其他模式，若沒有，則結(jié)束，運動到準備位置(1-m)。

其中，(1-c)不同患者，左右腳的位置，運動到一個相對適合的位置，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)。這樣的設置相對比較合理，可以避免康復機器人100與人體支撐件(例如床位)產(chǎn)生干涉。其中，(1-d)根據(jù)正向運動學和設定的參數(shù)，產(chǎn)生不同的運動軌跡，見圖2。

根據(jù)圖2設定患者側(cè)的Θm1，Θm2，Θm3等計算出末端位置X3，y3及其姿態(tài)，同時在已知末端位置和姿態(tài)的情況下，進行運動學的逆向運動可以求出Scara手臂每個運動關(guān)節(jié)的運動角度。根據(jù)康復運動學，設定不同的運動模式。不同的模式下，Θm1，Θm2與Θm3有所不同，從而可以得到不同的運動軌跡。不同的運動軌跡，其治療效果是不一樣的，針對不同的患者，設定不同的參數(shù)，則因人而異，對癥治病。因為Scara機器人手臂可以實現(xiàn)精確控制，所以在設定的模式下，可以非常準確的執(zhí)行所設定的軌跡，已達到所需求的治療目的。

其中(1-e)設定Θm1，Θm2與Θm3的運動范圍，機器手比最大運動角速度，還有治療時間和主動模式的阻力。阻力設定如下，見圖3：

其中(1-g)為被動模式運動，也就是人的腿部不需用力，由機器人手臂帶動運動。

其中(1-j)為主動模式運動，通過采集電機的電流，判斷電機的力矩大小，合成力矩矢量，判斷水平推力，根據(jù)水平推力，結(jié)合(1-e)阻力設定，進行電機的速度調(diào)節(jié)和固定軌跡的運動。

對于圖2中L1與L2為機器人手臂2的長度，L1為大臂21的長度，L2為小臂22的長度。Lm1和Lm2分別為人體的大腿長和小腿長，L與H為人體的髖關(guān)節(jié)到機器人手臂左邊原點的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)明實施例的康復機器人的訓練方法，所述康復機器人具有主動模式和被動模式，所述機器人手臂在所述伸展位置和所述彎曲位置之間往復運行，可以協(xié)助患者進行康復訓練。這樣通過主動模式結(jié)合被動模式的訓練能夠更有效的加強患者的伸展肌肉范圍，防止肌肉關(guān)節(jié)僵硬和肢體攣縮，促進肌力和關(guān)節(jié)活動，以達到訓練康復效果。

下面結(jié)合圖1至圖6詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的訓練方法的工作過程。

具體而言，如圖2和圖6所示，L1為機器人手臂的大臂，L2為機器人手臂的小臂，通過固定支撐裝置3把兩者連接起來，在設定的運動軌跡條件下，如沿著水平面做來回運動。首先進行被動運動，機器人手臂2控制各個手臂關(guān)節(jié)電機1、2、3(即前述的驅(qū)動裝置4)進行被動運動，運動方向為靠近人體方向。運動到軌跡末端位置，則轉(zhuǎn)為主動運動模式，監(jiān)測手臂關(guān)節(jié)電機1、2、3的力矩反饋，可以計算出人體大腿與小腿出力水平出力大小，根據(jù)前述的訓練方法進行控制，機器人手臂的運動速度由腿部的力控制，根據(jù)設定不同的阻力大小，實現(xiàn)主動被動相結(jié)合的康復訓練。

本發(fā)明要解決的問題在于針對下肢康復訓練，結(jié)合SCARA機器人，提出一種更為有效的，主動被動訓練的康復訓練方法，在設定不同的軌跡情況下，實現(xiàn)精確的，主動與被動康復運動。對于下肢康復運動，主被動的康復運動性治療，往往需要幾個醫(yī)生或者治療師共同完成幾十次甚至上百次的康復訓練，同時也很難控制到精確的軌跡運動。采用SCARA機器人，結(jié)合設定軌跡進行主動與被動康復訓練，一是解放醫(yī)生和治療師，可以讓醫(yī)生能更加注重康復理論與治療方法的研究，而不是重復性的體力運動；二是實現(xiàn)精確的軌跡運動控制，更加有效的執(zhí)行所設定的康復運動。至此完成根據(jù)本發(fā)明實施例的康復機器人的訓練方法的工作過程。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實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)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(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)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。