CN107261417A - 用于上肢康复训练的人机交互系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于上肢康复训练的人机交互系统，包括可多维度旋转的上肢训练机器人，用于与上肢训练机器人进行信息交互的上位机，用于显示交互信息的交互界面；所述上肢训练机器人设有用于捕获上肢运动形态的检测装置，所述上位机包括用于生成虚拟场景的虚拟现实模块，所述检测装置将采集到上肢运动数据信号实时发送至上位机，上位机通过人工智能算法将数据信号转换为实时的运动形态特征，并与虚拟场景结合，以实现人机交互。本发明用于上肢康复训练的人机交互系统中设有上肢训练机器人和上位机，上位机将训练者的运动特征与设有的虚拟现实模块建立得虚拟场景相结合，以实现人机交互，增加训练过程的趣味性及训练的主动性。

Description

用于上肢康复训练的人机交互系统
技术领域
本发明涉及一种上肢康复训练系统，更具体地说是用于上肢康复训练的人机交互系统。
背景技术
目前，上肢康复训练机器人主要运用于上肢偏瘫患者的运动训练治疗，但现有的上肢康复机器人训练过程较为枯燥乏味；具科学研究证明，
因此，有必要为训练者在康复训练过程中建立一个交互系统，以提高训练者的训练的积极性和整体康复训练效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于上肢康复训练的人机交互系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：用于上肢康复训练的人机交互系统，包括可多维度旋转的上肢训练机器人，用于与上肢训练机器人进行信息交互的上位机，用于显示交互信息的交互界面；所述上肢训练机器人设有用于捕获上肢运动形态的检测装置，所述上位机包括用于生成虚拟场景的虚拟现实模块，所述检测装置将采集到上肢运动数据信号实时发送至上位机，上位机通过人工智能算法将数据信号转换为实时的运动形态特征，并与虚拟场景结合，以实现人机交互。
其进一步技术方案为：所述交互界面与所述上位机为一体式或分体式。
其进一步技术方案为：所述上肢训练机器人通过无线W I F I与所述上位机联接。
其进一步技术方案为：所述上位机为计算机。
其进一步技术方案为：所述检测装置包括设于所述上肢训练机器人的微型惯性传感器模块、交互力采集模块、微处理器；
所述微型惯性传感器模块包括：用于捕获上肢运动信号的加速度计、陀螺仪与磁力计：所述上肢运动信号包括前臂和后臂的摆动轨迹、朝向以及肩关节内收/外展、肩关节屈/伸、肘关节屈/伸、前臂内旋/外翻、腕关节屈/伸的运动；
所述交互力采集模块，用于采集上肢与康复训练机器人的交互力数据；
所述微处理器，用于对接收到的数据进行打包处理，并发送至上位机。
其进一步技术方案为：所述上位机包括用于实现不同交互模式的控制装置，所述控制装置包括力矩控制模块、驱动模块；所述交互模式分为主动控制模式、被动控制模式、主被动控制模式；
所述主动控制模式，通过所述交互力采集模块和微型惯性传感器模块采集到上肢在安全范围内的活动数据，发送至上位机，上位机对活动数据进行分析和处理转换为具体的运动形态与所述虚拟现实模块产生的虚拟场景结合，并发送指令至力矩控制模块、驱动模块，以控制上肢训练机器人跟随训练者的上肢运动；
所述被动控制模式，所述上位机通过虚拟现实模块产生的虚拟场景的设定运动轨迹，并通过力矩控制模块、驱动模块控制上肢训练机器人带动上肢对运动轨迹进行还原；
所述主被动控制模式，通过交互力采集模块和微型惯性传感器模块采集到上肢的力度和关节活动度的数据信息，将所述数据信息发送至上位机，所述上位机将数据信息与虚拟现实模块所述产生的虚拟场景中所需控制量进行对比，得出控制量，所述上位机根据所述控制量发送指令至力矩控制模块、驱动模块，以控制上肢训练机器人为上肢提供运动路径和辅助力。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明用于上肢康复训练的人机交互系统中设有上肢训练机器人和上位机，上位机将训练者的运动特征与设有的虚拟现实模块建立得虚拟场景相结合，以实现人机交互，增加训练过程的趣味性及训练的主动性；另外，有多重交互模式，可根据训练者的自身情况训着不同的训练模式，实现有针对性的训练。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明用于上肢康复训练的人机交互系统具体实施例的结构图；
图2为本发明用于上肢康复训练的人机交互系统具体实施例中的上肢康复机器人。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
请参阅图1、图2，本发明用于上肢康复训练的人机交互系统，包括五自由维度旋转的上肢训练机器人，用于与上肢训练机器人进行信息交互的上位机，用于显示交互信息的交互界面；上肢训练机器人设有用于捕获上肢运动形态的检测装置，上位机包括用于生成虚拟场景的虚拟现实模块，检测装置将采集到上肢运动数据信号实时发送至上位机，上位机通过人工智能算法将数据信号转换为实时的运动形态特征，并与虚拟场景结合，以实现人机交互。具体的，上位机为计算机，交互界面与计算机为分体式的，交互界面采用LED液晶显示屏，优选地，上肢训练机器人通过无线WIFI与上位机联接，两者可彻底分离，不受空间位置的限制。
进一步的，检测装置包括设于上肢训练机器人的微型惯性传感器模块、交互力采集模块、微处理器；其中，微型惯性传感器模块包括：用于捕获上肢运动信号的加速度计、陀螺仪与磁力计：上肢运动信号包括前臂和后臂的摆动轨迹、朝向以及肩关节内收/外展、肩关节屈/伸、肘关节屈/伸、前臂内旋/外翻、腕关节屈/伸的运动；交互力采集模块，用于采集上肢与康复训练机器人的交互力数据；微处理器，用于对接收到的数据进行打包处理，并发送至上位机。
进一步的，上位机包括用于实现不同交互模式的控制装置，控制装置包括力矩控制模块、驱动模块；交互模式分为主动控制模式、被动控制模式、主被动控制模式。
其中，主动控制模式，通过交互力采集模块和微型惯性传感器模块采集到上肢在安全范围内的活动数据，发送至上位机，上位机对活动数据进行分析和处理转换为具体的运动形态与虚拟现实模块产生的虚拟场景结合，并发送指令至力矩控制模块、驱动模块，以控制上肢训练机器人跟随训练者的上肢运动。
被动控制模式，上位机通过虚拟现实模块产生的虚拟场景的设定运动轨迹，并通过力矩控制模块、驱动模块控制上肢训练机器人带动上肢对运动轨迹进行还原，此模式无需上肢提供力，完全由上肢训练机器人带动上肢运动；
主被动控制模式，通过交互力采集模块和微型惯性传感器模块采集到上肢的力度和关节活动度的数据信息，将数据信息发送至上位机，上位机将数据信息与虚拟现实模块产生的虚拟场景中所需控制量进行对比，得出控制量，上位机根据控制量发送指令至力矩控制模块、驱动模块，以控制上肢训练机器人为上肢提供运动路径和辅助力，该模式中，是主动控制模式和被动控制模式的两种运动过程的集合。
具体地，主动控制模式、被动控制模式、主被动控制模式的虚拟场景均为游戏场景，训练者通过玩游戏的过程对上肢进行了训练，增加了训练趣味性。
于其它实施例中，交互界面与上位机为一体式。
于其它实施例中，交互界面采用3D显示界面。
综合上述：本发明用于上肢康复训练的人机交互系统中设有上肢训练机器人和上位机，上位机将训练者的运动特征与设有的虚拟现实模块建立得虚拟场景相结合，以实现人机交互，增加训练过程的趣味性及训练的主动性；另外，有多重交互模式，可根据训练者的自身情况训着不同的训练模式，实现有针对性的训练。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.用于上肢康复训练的人机交互系统，其特征在于，包括可多维度旋转的上肢训练机器人，用于与上肢训练机器人进行信息交互的上位机，用于显示交互信息的交互界面；所述上肢训练机器人设有用于捕获上肢运动形态的检测装置，所述上位机包括用于生成虚拟场景的虚拟现实模块，所述检测装置将采集到上肢运动数据信号实时发送至上位机，上位机通过人工智能算法将数据信号转换为实时的运动形态特征，并与虚拟场景结合，以实现人机交互。
2.根据权利要求1所述的用于上肢康复训练的人机交互系统，其特征在于，所述交互界面与所述上位机为一体式或分体式。
3.根据权利要求1所述的用于上肢康复训练的人机交互系统，其特征在于，所述上肢训练机器人通过无线WIFI与所述上位机联接。
4.根据权利要求1所述的用于上肢康复训练的人机交互系统，其特征在于，所述上位机为计算机。
5.根据权利要求1所述的用于上肢康复训练的人机交互系统，其特征在于，所述检测装置包括设于所述上肢训练机器人的微型惯性传感器模块、交互力采集模块、微处理器；
所述微型惯性传感器模块包括：用于捕获上肢运动信号的加速度计、陀螺仪与磁力计：所述上肢运动信号包括前臂和后臂的摆动轨迹、朝向以及肩关节内收/外展、肩关节屈/伸、肘关节屈/伸、前臂内旋/外翻、腕关节屈/伸的运动；
所述交互力采集模块，用于采集上肢与康复训练机器人的交互力数据；
所述微处理器，用于对接收到的数据进行打包处理，并发送至上位机。
6.根据权利要求5所述的用于上肢康复训练的人机交互系统，其特征在于，所述上位机包括用于实现不同交互模式的控制装置，所述控制装置包括力矩控制模块、驱动模块；所述交互模式分为主动控制模式、被动控制模式、主被动控制模式；
所述主动控制模式，通过所述交互力采集模块和微型惯性传感器模块采集到上肢在安全范围内的活动数据，发送至上位机，上位机对活动数据进行分析和处理转换为具体的运动形态与所述虚拟现实模块产生的虚拟场景结合，并发送指令至力矩控制模块、驱动模块，以控制上肢训练机器人跟随训练者的上肢运动；
所述被动控制模式，所述上位机通过虚拟现实模块产生的虚拟场景的设定运动轨迹，并通过力矩控制模块、驱动模块控制上肢训练机器人带动上肢对运动轨迹进行还原；
所述主被动控制模式，通过交互力采集模块和微型惯性传感器模块采集到上肢的力度和关节活动度的数据信息，将所述数据信息发送至上位机，所述上位机将数据信息与虚拟现实模块所述产生的虚拟场景中所需控制量进行对比，得出控制量，所述上位机根据所述控制量发送指令至力矩控制模块、驱动模块，以控制上肢训练机器人为上肢提供运动路径和辅助力。
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