一种基于多传感器信息的运动异常保护方法及康复设备技术

本发明专利技术涉及机器人控制领域，公开一种基于多传感器信息的运动异常保护方法及康复设备，包括：获取关节驱动器中的运动信息以及扭矩传感器中的交互力信息，所述运动信息包括位置信息、速度信息以及电流信息；根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测；根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测；根据所述交互力信息，执行交互力异常检测；当抖动检测、运动值超限检测和交互力异常检测中任一项出现异常状态时，启动安全保护动作。本发明专利技术提高了异常状态检测的准确性和可靠性，有效地降低了检测开发成本。

A method of motion abnormality protection and rehabilitation equipment based on multi-sensor information

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器信息的运动异常保护方法及康复设备
本专利技术涉及机器人控制
，特别涉及一种基于多传感器信息的运动异常保护方法及康复设备。
技术介绍
随着我国社会老龄化程度的加剧，由于脑卒中引起的上肢运动功能障碍患者正不断地增加，脑卒中患者数量巨大。其中大约75％脑卒中患者在发病后会留下不同程度的后遗症，严重影响患者的生活质量，并给患者家庭及社会带来极大负担。在众多的后遗症中，以偏瘫发生率最高，在偏瘫的康复中，又以上肢功能的康复最为困难。医学理论和临床医学证明，除手术治疗和药物治疗外，科学的康复训练对脑卒中偏瘫患者的肢体功能康复起着无比重要的作用，及时进行一定程度的集中和重复训练可以修复受损的中枢神经，有助于上肢运动功能的恢复。上肢康复机器人作为一种康复医疗设备，通过辅助患者进行科学地、有效地康复训练，从而达到恢复患者运动功能的目的。它在康复训练中为患者提供安全保护的同时，加强患者的主动运动意图对患者运动功能康复具有强化和促进作用，有利于保持患者精神紧张度，加强神经肌肉运动通路的修复。康复机器人在提供康复训练的同时，需要保证自身运动控制的安全性，当患者与设备之间的运动交互或者设备本身运动控制出现“异常”时需要及时的检测出，并进行保护动作。因此如何快速有效的检测出该异常现象是设备安全保护的关键环节。现有机器人多采用驱动器本身的报警信息采集异常信息，异常检测方法较为单一，且一般不能及时避免异常后的事故。曾有人研究在设备上安装额外的传感器(如摄像头等)采集信息，利用设置阈值的方式进行异常检测，不过该方法会增加设备本身的成本，且效果并不是十分理想。上肢康复机器人在运动的过程中，机械臂辅助患者的手臂进行运动，两者共享运动空间，对机器人的安全性要求更高，因此实现更加及时高效的检测方法有极大的意义。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于多传感器信息的运动异常保护方法及康复设备，利用康复设备已有的多个传感器信息来进行异常检测，提高了异常状态检测的准确性和可靠性，有效地降低了检测开发成本。为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供一种基于多传感器信息的运动异常保护方法，包括：获取关节驱动器中的运动信息以及扭矩传感器中的交互力信息，所述运动信息包括位置信息、速度信息以及电流信息；根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测；根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测；根据所述交互力信息，执行交互力异常检测；当抖动检测、运动值超限检测和交互力异常检测中任一项出现异常状态时，启动安全保护动作。本专利技术主要解决现有技术中基于单一传感器的异常状态预测可靠性低，额外增加检测传感器所带来的附加成本高，异常状态检测方法简单等问题。上述基于多传感器信息的运动异常保护方法主要利用康复设备中已有的多个传感器信息来进行异常检测，获取康复设备中多个关节驱动器中的运动信息以及多个扭矩传感器中的交互力信息，具体地，获取上肢康复设备运动过程中肩部及肘部关节位置、速度、电流和扭矩传感器信息，综合利用各种传感器信息，运用多传感器信息融合的方法，实现对设备运动异常的检测。其中扭矩传感器为进行物理人机交互控制而安装，并非为获取异常交互力数据而单独安装；位置、速度和电流可以直接从关节驱动器运动信息中获取，也并不需要额外的硬件和传感器支持。通过获取当前运动及扭矩传感器信息，先后执行抖动检测程序、运动超限检测程序和交互力检测程序，综合三个检测程序的结果，来判断是否触发异常状态，如果触发异常状态，则执行相应的安全保护，避免对康复患者造成伤害。如未触发异常状态，则重复执行上述的三种检测程序，从而能够实时监控设备的运行状态，确保康复训练安全高效地进行。因此，本专利技术通过获取运动过程中各个传感器的数据信息，根据异常状态设定检测方法，能够有效地结合各个传感器数据特征，采取多传感器数据融合的方法，对多传感器数据进行特征提取和数据处理，从而能够提高异常状态检测的准确性和可靠性。同时本专利技术并不需要增加额外的检测和监测传感器，只需要利用已有的传感器，从而有效地降低了检测开发成本。可选地，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测，包括：实时获取关节处位置值，对预设周期内相邻n个位置差值的正负方向变化次数进行统计，若所述位置差值的正负方向变化次数超过预设次数，确定发生抖动。可选地，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测，还包括：实时获取关节处速度值，对预设周期内相邻n个速度差值的正负方向变化次数进行统计，若所述速度差值的正负方向变化次数超过预设次数，确定发生抖动。可选地，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测，还包括：实时获取关节处电流值，对预设周期内相邻n个电流差值的正负方向变化次数进行统计，若所述电流差值的正负方向变化次数超过预设次数，确定发生抖动。可选地，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测，包括：实时获取关节处的位置值，将所述位置值与位置阈值进行比较并统计所述位置值超过所述位置阈值的次数，若所述位置值超过位置阈值的次数大于预设的容忍次数，确定为运动值超限。可选地，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测，还包括：实时获取关节处的速度值，将所述速度值与速度阈值进行比较并统计所述速度值超过上述速度阈值的次数，若所述速度值超过所述速度阈值的次数大于预设的容忍次数，确定为运动值超限。可选地，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测，还包括：实时获取关节处的电流值，将所述电流值与电流阈值进行比较并统计所述电流值超过所述电流阈值的次数，若所述电流值超过所述电流阈值的次数大于预设的容忍次数，确定为运动值超限。可选地，根据所述交互力信息，执行交互力异常检测，包括：实时获取用户与机械臂之间的交互力值，将所述交互力值与交互力阈值进行比较，若所述交互力值大于交互力阈值，确定为交互力异常。本专利技术还提供一种康复设备，包括：机械臂；安装于所述机械臂关节处的关节驱动器，所述关节驱动器用于实时采集当前运动过程中的运动信息，所述运动信息包括位置信息、速度信息以及电流信息；安装于所述机械臂关节处的扭矩传感器，所述扭矩传感器用于实时采集当前运动过程中用户与机械臂之间的交互力信息；处理器，所述处理器与所述关节驱动器和所述扭矩传感器信号连接，用于实时获取所述关节驱动器中的运动信息，还用于实时获取所述扭矩传感器采集的用户与机械臂之间的交互力信息；所述处理器还用于根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息执行抖动检测和运动值超限检测；所述处理器还用于根据所述交互力信息执行交互力异常检测；所述处理器还用于当抖动检测、运动值超限检测和交互力异常检测中任一项出现异常状态时，启动安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，包括：/n获取关节驱动器中的运动信息以及扭矩传感器中的交互力信息，所述运动信息包括位置信息、速度信息以及电流信息；/n根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测；/n根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测；/n根据所述交互力信息，执行交互力异常检测；/n当抖动检测、运动值超限检测和交互力异常检测中任一项出现异常状态时，启动安全保护动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，包括：
获取关节驱动器中的运动信息以及扭矩传感器中的交互力信息，所述运动信息包括位置信息、速度信息以及电流信息；
根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测；
根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测；
根据所述交互力信息，执行交互力异常检测；
当抖动检测、运动值超限检测和交互力异常检测中任一项出现异常状态时，启动安全保护动作。


2.根据权利要求1所述的基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测，包括：
实时获取关节处位置值，对预设周期内相邻n个位置差值的正负方向变化次数进行统计，若所述位置差值的正负方向变化次数超过预设次数，确定发生抖动。


3.根据权利要求2所述的基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测，还包括：
实时获取关节处速度值，对预设周期内相邻n个速度差值的正负方向变化次数进行统计，若所述速度差值的正负方向变化次数超过预设次数，确定发生抖动。


4.根据权利要求2所述的基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行抖动检测，还包括：
实时获取关节处电流值，对预设周期内相邻n个电流差值的正负方向变化次数进行统计，若所述电流差值的正负方向变化次数超过预设次数，确定发生抖动。


5.根据权利要求1所述的基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测，包括：
实时获取关节处的位置值，将所述位置值与位置阈值进行比较并统计所述位置值超过所述位置阈值的次数，若所述位置值超过位置阈值的次数大于预设的容忍次数，确定为运动值超限。


6.根据权利要求5所述的基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测，还包括：
实时获取关节处的速度值，将所述速度值与速度阈值进行比较并统计所述速度值超过上述速度阈值的次数，若所述速度值超过所述速度阈值的次数大于预设的容忍次数，确定为运动值超限。


7.根据权利要求5所述的基于多传感器信息的运动异常保护方法，其特征在于，根据所述运动信息中的位置信息、速度信息以及电流信息，执行运动值超限检测，还包括：
实时获取关节处的电流值，将所述电流值与电流阈值进行比较并统计所述电流值超过所述电流阈值的次数，若所述电流值超过所述电流阈值的次数大于预设的容忍次数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颖俊，郭凤仙，邢留涛，汪从礼，范渊杰，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31