适应患者个体差异的上肢康复机器人直接示教技术

目的针对不同患者上肢训练轨迹与训练强度存在差异性的问题,本文提出一种末端牵引式上肢康复机器人直接示教技术(示教与示教再现)。方法通过加入上肢重力补偿与约束步长转换控制,提出一种基于Moveit的直接示教,实现上肢康复机器人的稳定示教并用于训练。六维力传感器在采集到力/力矩信息后,在机器人操作系统(ROS)中经坐标变换、上肢重力补偿与约束步长转换算法,使患者上肢与机械臂末端能对康复治疗师拖动力的方向进行顺应性跟踪,同时记录示教轨迹。在ROS中利用Moveit编写示教再现节点,用于调节康复训练的训练次数、训练速度与休息时间,并进行训练。通过Moveit对示教轨迹信息的运动学求解与轨迹规划,康复机器人可精准地带动患肢进行往复训练,从而达到个性化训练的效果。结果示教者分别在水平面、矢状面、冠状面训练模式下拖动5例健康受试者的上肢完成相同的训练动作,在空间训练模式下完成任意的曲线运动。直接示教用时约4~7 s,得到的轨迹光滑且轨迹走向符合施力方向。因受试者的身高、上肢各部分长度等存在差异,5例受试者在完成相同的训练动作时存在轨迹和位置上的不同。示教者通过人机交互界面设置好合适的训练强度,对5例受试者进行各模式下的训练。受试者训练时动作规范且感觉舒适。选取最接近平均值的受试者3的轨迹给5例受试者进行训练,发现除受试者3以外,其他受试者均存在训练动作不规范、欠拉伸或过度拉伸等情况。结论末端牵引式上肢康复机器人直接示教系统能很好地帮助示教者简单、快速、稳定地示教出适合不同受试者的多自由度上肢训练轨迹,并通过再现轨迹进行不同强度的康复训练,具有操作简单、针对性强、训练精准的特点。