一種體感控制的上肢外骨骼鏡像康復機器人的制作方法

技術特征：

1.一種體感控制的上肢外骨骼鏡像康復機器人，其特征在于：包括Kinect傳感器、主控計算機、一個3自由度的外骨骼穿戴式機械手臂和機械手臂的體感控制系統，所述的Kinect傳感器負責采集與處理人體健側上肢的關節角度信息，并與主控計算機相連，所述的一個3自由度的外骨骼穿戴式機械手臂包括肘部屈/伸結構、肩部前屈/后伸結構和肩部外展/內收結構。

2.根據權利要求1所述的一種體感控制的上肢外骨骼鏡像康復機器人，其特征在于：所述的Kinect采集與處理人體健側上肢的關節角度的方法與步驟為：

A、通過Kinect傳感器捕捉人體6個關節的三維坐標，分別是肩部中心、髖部中心、健側肢體肩關節、肘關節、腕關節，患側肢體肩關節；

B、建立人體坐標系，根據獲取的6個關節點數據，構建空間向量，計算關節角度；關節角度包括肘關節屈/伸角度α，肩關節外展/內收角度β，肩關節前屈/后伸角度γ；其中，肩關節外展/內收角度β定義為上臂向人體冠狀面的投影與脊柱線的夾角，肩關節前屈/后伸角度γ定義為上臂與人體冠狀面的夾角；

C、對計算得到的關節角度數據采用卡爾曼濾波算法平滑，根據Kinect的刷新頻率，將狀態改變矩陣中的數據刷新時間取卡爾曼濾波提前推測可以作為數據緩沖和系統傳輸耗時的補償，提高了系統的實時性；

D、對平滑后的關節角度數據進行限速和限幅處理，如果t時刻的角位置X_t與前一時刻角位置X_t-1之間的速度大于安全速度ω_set，強制把當前時刻的角位置替換為X_t＇，以保證最大速度不超過設定的安全速度ω_set，當運動角度大小超過設定范圍的上限或下限時，則將該角度強制賦值為上限或下限。

3.根據權利要求1所述的體感控制的上肢外骨骼鏡像康復機器人，其特征在于：所述的肘部屈/伸結構包括前臂連接環(1-1)，前臂調節桿(1-2)，壓塊(1-3)，前臂支架(1-4)，菱形座軸承(1-5)，錐齒輪(1-6)，減速器安裝支座(1-7)，行星減速器(1-8)，伺服電機(1-9)，所述前臂調節桿(1-2)通過所述壓塊(1-3)與所述前臂支架(1-4)連接，所述前臂連接環(1-1)置于所述前臂調節桿(1-2)的頂端，所述前臂調節桿(1-2)和前臂支架(1-4)之間可以相對滑動，通過一對所述錐齒輪(1-6)使所述伺服電機(1-9)和所述行星減速器(1-8)的軸線平行于上臂。

4.根據權利要求1所述的一種體感控制的上肢外骨骼鏡像康復機器人，其特征在于：所述的肩部前屈/后伸結構和肩部外展/內收結構包括上臂支架(2-1)、上臂長度調節桿(2-2)、軸承座(2-3)、前屈/后伸軸(2-4)、軸承(2-5)、安裝板(2-6)、前屈/后伸減速電機(2-7)、肩部連桿(2-8)、外展/內收軸(2-9)、軸承(2-10)、軸承座(2-11)、固定板(2-12)、外展/內收減速電機(2-13)，所述前屈/后伸軸(2-4)通過所述軸承(2-5)安裝于所述軸承座(2-3)中，所述軸承座(2-3)通過螺栓固定在所述肩部連桿(2-8)上，所述前屈/后伸減速電機(2-7)利用所述安裝板(2-6)與所述軸承座(2-3)固定，所述前屈/后伸減速電機(2-7)輸出軸套合在所述前屈/后伸軸(2-4)中間的孔中，并通過鍵鏈接傳遞扭矩，所述前屈/后伸軸(2-4)穿過所述肩部連桿(2-8)，與所述上臂長度調節桿(2-2)末端相固定，將旋轉運動轉化為上臂的前屈/后伸運動，所述上臂長度調節桿(2-2)通過螺釘壓緊固定在所以上臂支架(1-1)的凹槽里；所述肩部連桿(2-8)通過螺釘固定在所述外展/內收軸(2-9)上，所述外展/內收軸(2-9)配合所述軸承(2-10)安裝在所述軸承座(2-11)中，所述軸承座(2-11)通過螺栓固定在所述固定板(2-12)上，所述外展/內收減速電機(2-13)同樣固定在所述固定板(2-12)上，所述外展/內收減速電機(2-13)輸出軸套合在所述外展/內收軸(2-9)中間的孔中，并通過鍵連接傳遞扭矩，驅動所述肩部連桿(2-8)進行外展/內收運動。

5.根據權利要求1所述的一種體感控制的上肢外骨骼鏡像康復機器人，其特征在于：所述的機械手臂的體感控制系統包括上位機、下位機、伺服驅動器、伺服電機、網絡交換機以及供電部分，上位機通過有線或無線網絡連接到網絡交換機，通過Ip地址連接網絡中的運動控制器進行數據傳輸與交換，運動控制的控制信號再經由伺服驅動器驅動伺服電機，帶動外骨骼機械手臂完成相應的康復動作。