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专利号: 202110624513X
申请人: 山东建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,包括:

外骨骼机器人本体结构,包括主机械臂和从机械臂;

电机驱动模块,与从机械臂的各关节连接,驱动从机械臂完成相应动作;

传感与信息采集模块,检测主从机械臂各关节位姿信息;

分析规划模块,接收关节位姿信息,并对主从机械臂当前的位姿进行比对,对从机械臂进行运动规划实现跟随主机械臂动作;

所述分析规划模块通过机械臂角位移传感器获取到的角度信息得到外骨骼机器人当前的位姿,以当前从臂位姿作为初始状态、当前主臂位姿作为目标状态,结合主臂从臂角速度传感器获取到的速度信息作为动作规划的参考条件,将主臂采集到的角度值通过运动学正解获取到末端抓手的空间位置,经过映射获取从臂相应的空间位置,并将上述空间位置在各坐标轴方向上的分量进行曲线拟合,通过最小二乘法获取到各方向分量按照时间的轨迹曲线,曲线拟合时采用三次多项式回归,并对拟合曲线通过批量梯度下降算法进行迭代,收敛得到拟合的轨迹曲线,将各时刻拟合得到的x、y、z坐标进行重新组合形成新的空间点位,再通过运动学逆解得出从臂各关节在时刻t需要到达的角度值,将各角度以及在任意时刻的速度对应的信号传送给驱动器完成从臂的跟随。

2.如权利要求1所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,所述主机械臂、从机械臂均包括肩部外展/内收关节、大臂俯/仰关节、小臂内旋/外旋关节、肘部屈/伸关节以及手腕外展/内收关节。

3.如权利要求1所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,所述传感与信息采集模块包括安装于主从机械臂各个关节处的角位移传感器和角速度传感器,用于获取主从机械臂各关节的位姿信息。

4.如权利要求2所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,所述传感与信息采集模块还包括安装于主机械臂各关节的力传感器,用于获取人体上肢与主机械臂外骨骼关节间的交互力,进而确定人体上肢是否因为动作对外骨骼产生压力。

5.如权利要求1所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,所述分析规划模块以当前从机械臂位姿作为初始状态、当前主机械臂位姿作为目标状态,通过数据处理得到从机械臂运动控制曲线,从而控制从机械臂跟随主机械臂动作。

6.如权利要求1所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,主从机械臂的关节和末端执行部件设置限位开关。

7.如权利要求1所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,所述上肢外骨骼康复机器人的控制方法,包括以下步骤:获取外骨骼机器人主机械臂各关节的角位移量,得到m组数据;

对m组数据进行曲线拟合,得到平滑的轨迹曲线;

将轨迹曲线按时序均分为n组空间位置,对每一个空间位置进行运动学逆解,获取到每个关节每个时间周期的角度值,以此作为从机械臂的角度期望值;

控制从机械臂各关节以相应时间周期调整至角度期望值,使得从机械臂实现跟随主机械臂。

8.如权利要求7所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,曲线拟合采用最小二乘法实现,求得允许误差范围内最优的拟合曲线。

9.如权利要求8所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,将m组数据在建立坐标系三轴方向上分别进行曲线拟合,曲线拟合时采用三次多项式回归,并对拟合曲线通过批量梯度下降算法进行迭代,收敛得到拟合的轨迹曲线。

10.如权利要求8所述的上肢外骨骼康复机器人系统,其特征是,将轨迹曲线以f0的频率按时序均分为n组空间位置,通过逆运动学方法得到每个关节在T1~Tn中n个时间点的角度期望值,控制从机械臂关节在相应时间点运动至相应的角度期望值。