1.一种主从臂机器人,其特征在于,包括主臂训练装置(3)、从臂训练装置(4)、悬梁臂(2)和底座(1),其中:所述主臂训练装置(3)和从臂训练装置(4)通过所述悬梁臂(2)固定在所述底座(1)上;
所述主臂训练装置(3)包括主动肩关节外展、内收组件,主动肩关节屈伸组件,主动上臂内、外旋组件,主动肘屈伸组件,主动前臂内、外旋组件和主动腕关节屈伸组件,各组件上依次设置有肩关节外展内收角度传感器(303)、肩关节屈伸角度传感器(312)、上臂内外旋角度传感器(314)、肘屈伸角度传感器(320)、前臂内外旋角度传感器(323)和腕关节屈伸角度传感器(327);
所述从臂训练装置(4)包括被动肩关节外展、内收组件,被动肩关节屈伸组件,被动上臂内、外旋组件,被动肘屈伸组件,被动前臂内、外旋组件和被动腕关节屈伸组件,各组件上依次设置有肩关节外展内收电机(4-1)、肩关节屈伸电机(4-2)、上臂内外旋电机(4-3)、肘屈伸电机(4-4)、前臂内外旋电机(4-5)和腕关节屈伸电机(4-6)。
2.权利要求1所述的主从臂机器人的控制系统,其特征在于,包括计算机模块(100),所述计算机模块(100)连接有主臂参数采集模块(110)、人机交互模块(130)和从臂驱动模块(120),其中:所述主臂参数采集模块(110)用于采集所述主臂训练装置(3)上各组件的角度信号,并将得到的模拟信号转换成数字信号,所述人机交互模块(130)用于将患者(150)的指令传达给所述计算机模块(100),所述计算机模块(100)用于接收并处理得到的数字信号和患者(150)的指令,并发出控制指令,所述从臂驱动模块(120)用于根据所述计算机模块(100)的控制指令驱动从臂进行运动,同时将从臂当前的运动角度反馈给所述计算机模块(100);
所述主臂参数采集模块(110)包括所述肩关节外展内收角度传感器(303)、肩关节屈伸角度传感器(312)、上臂内外旋角度传感器(314)、肘屈伸角度传感器(320)、前臂内外旋角度传感器(323)和腕关节屈伸角度传感器(327),以及角度传感器转换模块(117),所述角度传感器转换模块(117)用于将得到的角度信号从模拟信号转换成数字信号。
3.根据权利要求2所述的主从臂机器人控制系统,其特征在于,所述从臂驱动模块(120)包括驱动器单元(121)、电机单元(122)和编码器单元(123),其中:所述驱动器单元(121)用于根据所述计算机模块(100)的控制指令驱动所述电机单元(122)运转,所述电机单元(122)的运转位置通过所述编码器单元(123)回馈给所述驱动器单元(121),形成速度闭环控制;
所述驱动器单元(121)包括六个驱动器,所述电机单元(122)包括六个直流伺服电机,所述编码器单元(123)包括六个编码器,每个直流伺服电机通过一个驱动器和一个编码器形成一路速度闭环控制,所述驱动器单元(121)将编码器信息传送给所述计算机模块(100)。
4.根据权利要求2所述的主从臂机器人控制系统,其特征在于,所述人机交互模块(130)包括模式选择单元(131)和语音控制单元(132),其中:所述模式选择单元(131)包括模式选择开关和转换模块,所述模式选择开关为手握开关,所述模式选择开关安装于主臂手掌附近,所述模式选择开关用于患者对从臂进行模式选择,所述转换模块用于将模式选择的信号传送给计算机模块(100);
所述语音控制单元(132)用于将患者的语音指令发送给所述计算机模块(100);
所述语音控制单元(132)的优先级大于所述模式选择单元(131)。
5.根据权利要求4所述的主从臂机器人控制系统,其特征在于,所述模式选择开关对从臂进行初始化模式、被动模式或者协同模式选择,其中:所述初始化模式用于对从臂驱动模块(120)进行初始化,将各参数复位,从臂到达原点位置;
所述被动模式用于根据系统设定的固定的训练模式向从臂驱动模块(120)发出控制指令,由从臂驱动模块(120)驱动康复训练机器人(140)对患者(150)的手臂进行训练;
所述协同模式用于根据主臂动作的轨迹而动作,配合主臂一起完成生活作业。
6.根据权利要求4所述的主从臂机器人控制系统,其特征在于,所述计算机模块(100)包括信号处理单元(101)、模式识别单元(103)、语音识别单元(102)、计算单元(104)和控制单元(105),其中:所述信号处理单元(101)用于对所述主臂参数采集模块(110)的数字信号进行放大、整形和滤波并进行描述、辨认、分类,对从臂驱动模块(120)里面的编码器信号进行识别分析,所述模式识别单元(103)用于识别当前的模式信号,判定应该以何种模式来控制从臂,所述语音识别单元(102)用于识别所述语音控制单元(132)的信号,并进行解码分析判断,所述计算单元(104)用于对外界的指令与信号进行分析计算,并给出控制方法,所述控制单元(105)用于向所述从臂驱动模块(120)发出控制指令。
7.权利要求2-6中任一所述的主从臂机器人控制系统的控制方法,其特征在于,包括:
步骤1:采集主臂各关节的角度信号与从臂各关节的角度信号,并将采集的模拟信号转换成数字信号,采集当前的模式设定状态,采集语音控制信号;
步骤2:判断是否有语音控制指令,如果有,则执行语音控制指令,并将语音控制指令发送到所述驱动器单元(121),执行步骤6,否则,执行步骤3;
步骤3:判断是否为初始化模式,如果是,则将初始化指令发送到所述驱动器单元(121),执行步骤6,否则,执行步骤4;
步骤4:判断是否为被动模式,如果是,则将被动指令发送到驱动器单元(121),从臂将根据预先设定的路径进行运动,以帮助患者进行康复运动,执行步骤6,否则,执行步骤5;
步骤5:判断是否为协同模式,如果是,则将跟随动作指令发送到所述驱动器单元(121),执行步骤6,否则,执行步骤2;
步骤6:判断是否完成指令,如果是,则转至步骤1,否则,转至步骤2。
8.根据权利要求7所述的主从臂机器人控制系统的控制方法,其特征在于,所述步骤3中,所述初始化模式是指将从臂运动到原点位置,在原点位置,方便服务人员将患者的手臂与机器人从臂分离,对从臂进行清洗维护。