一种机器人制造技术

本发明专利技术涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人，用于获得表征生物肢体运动过程中的受力情况或者运动情况，并直观显示出来。本发明专利技术实施例提供机器人包括：控制系统、显示器、主体、第一节臂和第二节臂，以及末端执行器，其中：第一节臂的一端通过第一电动机驱动的轴枢转连接主体，另一端通过第二电动机驱动的轴枢转连接第二节臂，第二节臂的另一端连接末端执行器；控制系统控制机器人的运行，在机器人运行过程中，末端执行器带动生物肢体运动，控制系统获取第一电动机和第二电动机的运行参数并根据运行参数与生物肢体的受力参数和/或运动参数的函数关系确定生物肢体的受力参数和/或运动参数，并将确定的受力参数和/或运动参数显示在显示器上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种机器人。
技术介绍
随着机器人技术的不断进步，替代物理治疗师的各种类型的康复机器人广泛地应用于上肢、下肢和躯干康复训练中。然而本申请的专利技术人发现，在康复机器人的使用过程中，由于患者的生物肢体完全依赖于康复机器人的机械机构的带动来进行康复训练，因而导致在康复训练过程中，用户无法有效地判断康复训练的康复效果。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种机器人，用于获得表征生物肢体运动过程中的受力情况或者运动情况的相关参数，并直观显示出来。为解决上述问题，本专利技术实施例提供一种机器人包括：控制系统、显示器、主体、第一节臂和第二节臂，以及末端执行器，其中：所述第一节臂的一端通过第一电动机驱动的轴枢转连接所述主体，另一端通过第二电动机驱动的轴枢转连接所述第二节臂，所述第二节臂的另一端连接所述末端执行器；所述控制系统控制所述机器人的运行，在所述机器人运行过程中，所述末端执行器带动生物肢体运动，所述控制系统获取所述第一电动机和第二电动机的运行参数并根据运行参数与生物肢体的受力参数和/或运动参数的函数关系确定所述生物肢体的受力参数和/或运动参数，并将确定的受力参数和/或运动参数显示在所述显示器上。其中，所述生物肢体的受力参数可以包括所述生物肢体的末端在水平方向和垂直方向上受力的合作用力。更多地，所述机器人用于人体康复的康复机器人，这时，所述生物肢体为人体的下肢，所述生物肢体的运动参数可以包括髋关节或膝关节的动作角度。进一步地，所述生物肢体的运动参数为髋关节或膝关节的动作角度的最大值与最小值。当本专利技术实施例的机器人用于人体肢体的康复训练时，所述末端执行器可以包括：小腿固定器，所述小腿固定器和所述第二节臂通过第三电动机驱动的轴枢转连接；脚固定器，所述脚固定器和所述第二节臂通过第四电动机驱动的轴枢转连接。并且，所述控制系统还可以根据第四电动机的运行参数，获得踝关节的受力参数和/或动作角度，并显示在所述显示器上。其中所述踝关节的受力参数包括所述踝关节的扭力矩。本专利技术实施例中，为符合人体工程学原理，所述控制系统控制所述机器人的运行时，使所述第一节臂和第二节臂，以及末端执行器的活动边界不超出设定范围，这个设定范围是根据生物肢体的极限运动范围所确定的。本专利技术实施例提供的上述机器人，能够根据机器人的运行参数，获得生物肢体的受力参数，或者运动参数，并将这些参数直观显示出来的机器人。实际上生物肢体的受力参数客观上表征了生物肢体的运动能力，对于运动能力差的生物肢体，机器人需要施加较大的力使其运动，对于运动能力较好的生物肢体，相同的运动只需施加较小的力，生物肢体经过一段时间的运动训练，受力的变化可以客观上反应出康复结果。同样的道理，运动参数也是可以反映康复结果，例如肢体的伸展和屈曲角度的增加，也在一定程度上反映肢体活动能力的增加。加之本专利技术实施例并非采用传感器等测量元件获得生物肢体受力参数，而是根据机器人的运行参数，获得生物肢体的受力参数，或者运动参数，是非常客观和精确的参数，因此对于判断康复训练的康复效果，具有非常好的参考性。附图说明图1为本专利技术提供的机器人一实施方式的后视结构示意图；图2为图1提供的机器人的电气控制系统结构示意图；图3为图1示出的机器人在运行过程中生物肢体与机器人的动力学模型简图；图4为本专利技术提供的机器人另一实施方式的电气控制系统结构示意图；图5为本专利技术提供的机器人的显示画面一实施方式的示意图。具体实施方式在机器人用于康复训练的场合，如何获得表征康复训练的结果的物理量并直观显示出来，是需要解决的一个问题，本专利技术实施例可以提供一种能够根据机器人的运行参数，获得生物肢体的受力参数，或者运动参数，并将这些参数直观显示出来的机器人。实际上生物肢体的受力参数，客观上表征了生物肢体的运动能力，对于运动能力差的生物肢体，机器人需要施加较大的力使其运动，对于运动能力较好的生物肢体，相同的运动只需施加较小的力，生物肢体经过一段时间的运动训练，受力的变化可以客观上反应出康复结果。同样的道理，运动参数也是可以反映康复结果，例如肢体的伸展和屈曲角度的增加，也在一定程度上反映肢体活动能力的增加。加之本专利技术实施例并非采用传感器等测量元件获得生物肢体受力参数，而是根据机器人的运行参数，获得生物肢体的受力参数，或者运动参数，是非常客观和精确的参数，因此对于判断康复训练的康复效果，具有非常好的参考性。为更清楚地理解本专利技术实施方式，参照附图，以具体的实施例进行详细说明。首先，结合图1、图2和图3所示，说明本专利技术实施例中可以采用的机器人的主要结构。其中：图1为本专利技术的第一实施方式中的机器人的机械结构示意图，图2为机器人的电气控制系统结构示意图；从图示可知，该机器人包括主体11、第一节臂122a、第二节臂122b、末端执行器13、控制系统14，以及显示器15，其中：第一节臂122a的一端通过第一电动机(图1中未示出)驱动的第一轴J1枢转连接主体11，第一节臂122a的另一端通过第二电动机(图1中未示出)驱动的第二轴J2枢转连接第二节臂122b，第二节臂122b的另一端连接末端执行器13，其中第一轴J1和第二轴J2平行，且保持水平方向，在实际运行中的机器人的初始位置和形态，需要使第一轴J1和第二轴J2分别与生物肢体200的伸展方向大致垂直，这样在带动生物肢体运动可以在生物肢体的自然伸展方向上带动其运动，更符合人体工程学原理。其中末端执行器13与第二节臂122b的另一端可以为固定连接也可以为枢转连接，在此不做具体限定。参照图1和图2，本实施方式提供的机器人在运行过程中，控制系统14输出启动控制信号，使第一电动机和第二电动机启动运行，第一电动机的转轴驱动第一轴J1转动，第二电动机的转轴驱动第二轴J2转动，进而分别通过第一轴J1和第二轴J2相应地驱动的第一节臂122a和第二节臂122b进行旋转，使机械臂机构的整体在XZ平面内旋转，进而带动末端执行器13运动，从而带动生物肢体下肢200运动。下面以生物肢体200为患者的下肢为例来具体说明本实施方式，从上述机器人的运行过程可知生物肢体的受力情况(参照图3所示)，在下肢的运动过程中，第一轴J1处的转矩为T1，第二轴J2处的转矩为T2，则踝关节400受到的垂直作用力分量为FZ，水平作用力分量为FX，根据力矩平衡原理，可以得到垂直作用力分量为:FZ=(l1·sinθ1l2·sinθ2+1)·T2-T1l1·cosθ1-l1sinθ1·cotθ2]]>(公式1)水平作用力分量为:FX=-T2l2·sinθ2-(l1·sinθ1l2·sinθ2+1)·T2-T1l1·cosθ1-l1sinθ1·cotθ2·cotθ2]]>(公式2)其中，l1为第一节臂的长度，l2为第二臂的长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人，其特征在于，包括控制系统、显示器、主体、第一节臂和第二节臂，以及末端执行器，其中：所述第一节臂的一端通过第一电动机驱动的轴枢转连接所述主体，另一端通过第二电动机驱动的轴枢转连接所述第二节臂，所述第二节臂的另一端连接所述末端执行器；所述控制系统控制所述机器人的运行，在所述机器人运行过程中，所述末端执行器带动生物肢体运动，所述控制系统获取所述第一电动机和第二电动机的运行参数并根据运行参数与生物肢体的受力参数和/或运动参数的函数关系确定所述生物肢体的受力参数和/或运动参数，并将确定的受力参数和/或运动参数显示在所述显示器上。

【技术特征摘要】
1.一种机器人，其特征在于，包括控制系统、显示器、主体、第一节臂和第二节臂，以及末端执行器，其中：所述第一节臂的一端通过第一电动机驱动的轴枢转连接所述主体，另一端通过第二电动机驱动的轴枢转连接所述第二节臂，所述第二节臂的另一端连接所述末端执行器；所述控制系统控制所述机器人的运行，在所述机器人运行过程中，所述末端执行器带动生物肢体运动，所述控制系统获取所述第一电动机和第二电动机的运行参数并根据运行参数与生物肢体的受力参数和/或运动参数的函数关系确定所述生物肢体的受力参数和/或运动参数，并将确定的受力参数和/或运动参数显示在所述显示器上。2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述生物肢体的受力参数包括所述生物肢体的末端在水平方向和垂直方向上受力的合作用力。3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述生物肢体的受力参数为多次确定结果的平均值。4.如权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述机器人是康复机器人，所述生物肢体为人体的下肢，所述生物肢体的运动参数包括髋关节或...

【专利技术属性】
技术研发人员：村田健一，浜田健彦，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：日本;JP