CN112472516A - 基于ar的下肢康复训练系统 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例公开了基于AR的下肢康复训练系统，包括人机交互设备、计算机设备、训练机器人设备和增强现实设备。人机交互设备安装在训练机器人设备上，用于展示训练模式信息和训练结果信息；人机交互设备上设置有摄像装置，摄像装置用于获取真实场景信息；训练机器人设备用于康复训练的运行，采集用户康复训练过程中下肢的运动数据；计算机设备用于基于真实场景信息和目标训练模式对应的训练课程确定第一增强现实环境信息，并根据接收的运动数据实时计算生成第二增强现实环境信息；增强现实设备用于展示实时接收的第一和第二增强现实环境信息。将增强现实融入到下肢康复训练系统中，在增强现实设备上以可视化的形式展示用户康复训练过程。

Description

基于AR的下肢康复训练系统

技术领域

本公开的实施例涉及下肢康复技术，具体涉及基于AR的下肢康复训练系统。

背景技术

增强现实技术又称为AR(Augmented Reality)技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。它把原本在现实世界的一定时间空间范围内的实体信息通过电脑模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

随着社会发展和人民医疗、生活水平的提高，各类疾病的运动康复引起了全社会的关注。传统的康复有物理治疗、作业治疗、中医针灸等，虽然种类繁多，但传统康复治疗不仅劳动量大、费用昂贵、训练效率难以保证，且康复训练动作单一重复，往往使患者感觉枯燥，导致康复积极性差甚至不配合等情况，使得训练效果微乎其微。同时，现有康复训练缺乏客观数据的记录，没有量化的评估机制，不能进行有效的反馈和改进训练计划，影响训练效果。因此，如何利用增强现实设计运动康复训练系统，是目前要亟待解决的问题。

此外，现有的上下肢锻炼设备不能协同训练，人体肌肉恢复效果不佳，特别是下肢锻炼设备的各个重要关节不能都进行训练，而且动作轨迹一般为圆弧形，对于下肢训练来说也无法达到最优的训练效果；另外，由于需要通过扭矩输出部位输出转动扭矩，因此也容易出现扭矩输出部位受力过大而产生变形松脱的问题。

发明内容

本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本公开的一些实施例提出了基于AR的下肢康复训练系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本公开的一些实施例提供了一种基于AR的下肢康复训练系统，包括：人机交互设备、计算机设备、训练机器人设备和增强现实设备；其中，

所述计算机设备分别与所述人机交互设备、所述训练机器人设备和所述增强现实设备通信连接或电连接；所述人机交互设备安装在所述训练机器人设备上，用于展示训练模式信息和训练结果信息；所述人机交互设备上设置有摄像装置，所述摄像装置用于获取真实场景信息；所述训练机器人设备用于康复训练的运行，采集用户康复训练过程中下肢的运动数据，并将所述运动数据发送至所述计算机设备；所述计算机设备用于基于所述真实场景信息和目标训练模式对应的训练课程确定第一增强现实环境信息，并根据接收的所述运动数据实时计算生成第二增强现实环境信息；所述增强现实设备用于展示实时接收的所述第一增强现实环境信息和所述第二增强现实环境信息。

进一步地，所述计算机设备包括康复训练评价装置，所述康复训练评价装置用于对所述运动数据进行处理分析，得到表征所述用户下肢康复情况的所述训练结果信息。

进一步地，所述计算机设备根据所述评价数据生成表征所述用户下肢各部分发力情况的可视化信息；所述人机交互设备在所述训练结果信息中呈现所述可视化信息。

进一步地，所述训练机器人设备包括下肢穿戴设备，所述下肢穿戴设备与所述计算机设备通信连接，用于基于所述计算机设备发出的训练指导指令带动所述用户的下肢进行空间运动；其中，所述训练指导指令是基于所述评价数据生成的。

进一步地，所述训练机器人设备还包括控制器和多个电机，所述下肢穿戴设备中设置有多个运动组件；其中，所述电机与所述运动组件存在对应关系，且与所述运动组件电连接；所述控制器用于基于所述训练指导指令控制所述电机驱动对应的运动组件运动。

进一步地，所述下肢康复训练包括腿部康复训练，所述增强现实设备用于将所述第一增强现实环境信息和所述第二增强现实环境信息投影至所述训练机器人设备的底部平台传送带上。

进一步地，所述底部平台传送带在预设位置上分别设置有压力传感器，所述压力传感器用于实时采集所述用户在腿部康复训练过程中的压力分布数据，并将所述压力分布数据和所述压力传感器的标识信息发送至所述计算机设备。

进一步地，所述下肢康复训练包括腰部康复训练，所述训练机器人设备上安装有腰部数据采集装置，所述腰部数据采集装置包括腰部横移量采集装置、腰部转动角度采集装置、腰部侧倾角度采集设备。

进一步地，所述腰部横移量采集装置中安装有压力传感器，所述腰部转动角度采集装置中安装有左右侧倾电位计和左右横移电位计。

进一步地，所述增强现实设备为增强现实眼镜、增强现实头盔、增强现实投影设备中的一种或多种。

进一步的，所述训练机器人设备包括机体、座椅、第一安装架、第二安装架、手臂锻炼装置、下肢锻炼装置、手臂固定组件和下肢固定组件；所述座椅、所述第一安装架和所述第二安装架均安装在所述机体上，且两个所述第一安装架位于所述座椅的两侧，两个所述第二安装架位于所述座椅的下方；所述手臂锻炼装置安装在所述第一安装架上，所述下肢锻炼装置安装在所述第二安装架上；所述手臂固定组件与所述手臂锻炼装置连接配合，并在所述手臂锻炼装置的带动下动作；所述下肢固定组件与所述下肢锻炼装置连接配合，并在所述下肢锻炼装置的带动下动作。

进一步的，所述手臂锻炼装置包括第一运动臂、第二运动臂、转动部件、转动臂、第一安装座、第二安装座、升降伸缩部件和摆动伸缩部件；所述第一运动臂一端铰接在所述第一安装架上，另一端铰接有所述第一安装座；所述第二运动臂一端安装在所述第一安装座上，另一端安装座所述第二安装座上，所述第二运动臂可在所述第一安装座上沿一个竖直平面转动；所述转动部件一端与所述第二安装座连接，另一端与所述转动臂连接，以带动所述转动臂转动；所述升降伸缩部件下端安装在所述第一安装架上，上端与所述第二运动臂连接，以带动所述第二运动臂升降；所述摆动伸缩部件一端与所述第一运动臂铰接，另一端与所述第一安装座铰接，所述摆动伸缩部件的伸缩能够带动所述第一安装座和所述第二运动臂在水平方向上转动。

进一步的，所述第二运动臂包括第一臂体、第二臂体和转动伸缩部件；所述第一安装座上端设有第一连接部，下端设有第二连接部；所述第二安装座上端设有第三连接部，下端设有第四连接部；所述第一臂体一端与所述第一连接部铰接，另一端与所述第三连接部铰接；所述第二臂体与所述第一臂体平行，所述第二臂体一端与所述第二连接部铰接，另一端与所述第四连接部铰接；所述第一臂体、所述第二臂体、所述第一安装座和所述第二安装座形成四连杆机构；所述转动伸缩部件一端与所述第一连接部铰接，另一端与所述第四连接部铰接，或者，所述动伸缩部件一端与所述第二连接部铰接，另一端与所述第三连接部铰接；所述转动伸缩部件的伸缩可以带动所述四连杆机构动作，以使得所述第二运动臂在所述第一安装座上沿一个竖直平面转动。

进一步的，所述手臂固定组件包括与所述第一运动臂连接的第一固定件、与所述第二运动臂连接的第二固定件以及与所述转动部件连接的第三固定件。

进一步的，所述第一安装架上设有检测所述第一运动臂转动角度的第一角度传感器；所述第一运动臂和所述第二运动臂之间设有第二角度传感器和第三角度传感器，所述第二角度传感器用于检测所述第二运动臂相对于所述第一运动臂的摆动角度，所述第三角度传感器用于检测所述第二运动臂相对于所述第一运动臂的转动角度。

进一步的，所述下肢锻炼装置包括滚轮、滑架、第三安装座、伸缩杆件、第一抬升伸缩部件、第二抬升伸缩部件和踏板；所述第二安装架设有弧形滑槽，所述滚轮安装在所述弧形滑槽内；所述滑架与所述弧形滑槽滑动配合，所述滑架安装在所述滚轮上，并在所述滚轮的带动下在所述弧形滑槽上滑动；所述第三安装座包括本体、设于所述本体上端的第一连接耳和设于所述本体下端的第二连接耳；所述本体的长度方向沿竖直方向设置；所述第一连接耳一端与所述本体一体连接，另一端设有第五连接部；所述第二连接耳一端与所述本体一体连接，另一端设有第六连接部；其中，所述第五连接部与所述本体的水平距离小于所述第六连接部与所述本体的水平距离；所述伸缩杆件下端与所述第五连接部铰接，上端与所述踏板的底面一处连接，所述伸缩杆件中部设有第七连接部；所述第一抬升伸缩部件下端与所述第六连接部铰接，上端与所述第七连接部铰接；所述第二抬升伸缩部件下端与所述第七连接部铰接，上端与所述踏板的底面另一处连接。

进一步的，所述下肢锻炼装置还包括支撑伸缩部件；所述踏板包括主板体和铰接于所述主板体两侧的侧板；所述支撑伸缩部件一端与所述主板体铰接，另一端与所述侧板铰接。

进一步的，所述下肢固定组件包括连接在所述踏板上的穿戴护具。

本公开的上述各个实施例中的一个实施例具有如下有益效果：将增强现实融入到下肢康复训练系统中，在增强现实设备上以可视化的形式展示用户康复训练过程，提高了用户的参与感和趣味性，通过视觉刺激用户的感官，激发了康复训练的积极性与主动性。同时，本发明的训练机器人设备中的下肢锻炼装置的动作能够带动固定在下肢固定组件上的下肢进行动作训练，并与手臂锻炼装置实现上下肢协同训练，其特殊的结构设计使得各个重要关节均能进行训练，运动轨迹类似椭圆弧，与人在正常行走运动过程中下肢的运动轨迹相同，进而达到更好的锻炼恢复效果。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1是根据本公开的基于AR的下肢康复训练系统的一些实施例的结构框图；

图2是根据本公开的基于AR的下肢康复训练系统的另一些实施例的腿部训练示意图；

图3为本发明实施例提供的训练机器人设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的训练机器人设备的手臂锻炼装置处于第一动作状态时的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的训练机器人设备的手臂锻炼装置处于第二动作状态时的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的训练机器人设备的下肢锻炼装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的训练机器人设备的下肢锻炼装置的踏板的结构示意图。

图标：

1-人机交互设备；

2-训练机器人设备；

21-机体；22-座椅；23-第一安装架；24-第二安装架；241-弧形滑槽；

25-手臂锻炼装置；251-第一运动臂；252-第二运动臂；2521-第一臂体；2522-第二臂体；2523-转动伸缩部件；253-转动部件；254-转动臂；255-第一安装座；2551-第一连接部；2552-第二连接部；256-第二安装座；2561-第三连接部；2562-第四连接部；257-升降伸缩部件；258-摆动伸缩部件；

26-下肢锻炼装置；261-滑架；262-第三安装座；2621-本体；2622-第一连接耳；2623-第二连接耳；2624-第五连接部；2625-第六连接部；263-伸缩杆件；2631-第七连接部；264-第一抬升伸缩部件；265-第二抬升伸缩部件；266-踏板；2661-主板体；2662-侧板；267-支撑伸缩部件；

27-手臂固定组件；271-第一固定件；272-第二固定件；273-第三固定件；

3-增强现实设备；4-增强现实设备。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关公开相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

实施例一

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

图1示出了本公开一实施例的基于AR的下肢康复训练系统。该装置包括：人机交互设备1、计算机设备3、训练机器人设备2和增强现实设备4。其中，

计算机设备3分别与人机交互设备1、训练机器人设备2和增强现实设备4通信连接或电连接；

人机交互设备1安装在训练机器人设备2上，用于展示训练模式信息和训练结果信息；人机交互设备1上设置有摄像装置，所述摄像装置用于获取真实场景信息；

训练机器人设备2用于康复训练的运行，采集用户康复训练过程中下肢的运动数据，并将所述运动数据发送至计算机设备3；

计算机设备3用于基于所述真实场景信息和目标训练模式确定第一增强现实环境信息，并根据接收的所述运动数据实时计算生成第二增强现实环境信息；

增强现实设备4用于展示实时接收的所述第一增强现实环境信息和所述第二增强现实环境信息。

在本实施例中，人机交互设备1包括但不限于笔记本电脑、平板电脑、台式电脑、手机等。计算机设备3包括但不限于笔记本电脑、台式电脑、服务器。增强现实设备4包括但不限于增强现实头盔或增强现实眼镜或增强现实投影设备。

具体地，在开始康复训练之前，人机交互设备上展示各类训练模式信息。其中，训练模式信息包括训练环境和每个训练环境对应的多级别训练课程。举例来说，训练环境包括平地行走环境、上坡环境、下坡环境、腰部避障环境等；训练环境的变化，可以由训练机器人设备2来实现。在确定了训练环境后，展示该训练环境对应的各级别训练课程，包括容易、中等、较难和自定义中任意一种级别。在这里，预先依据每个训练环境的不同级别难易程度，设置了对应的训练课程，该课程通过虚拟场景来展示。即本实施例将康复训练课程嵌入到虚拟场景中，并在每个场景中设定用户需要利用下肢运动完成的任务，患者通过训练机器人设备2控制下肢去完成。提高了用户在康复训练过程中的参与感和趣味性，通过视觉刺激用户的感官，激发了康复训练的积极性与主动性。

以下肢腰部避障训练为例，容易级别课程中用户通过腰部控制虚拟场景中卡通任务的左右横移和左右侧倾来躲避敌人的子弹攻击；中等级别的课程中，用户需要通过腰部控制虚拟场景中各个拼图块进行左右的横移和左右的侧倾，完成图片的拼凑。两个级别的课程相对比，前者不需要用户有精准的腰部控制，而后者需要用户通过腰部的精准控制，才能把拼图放到正确的位置。

进一步地，为了让用户在课程训练过程中有更好的沉浸感，本发明实施例中将真实场景与训练课程相结合，利用摄像装置采集用户康复训练的真实场景。可选地，摄像装置为具有视频拍摄功能的仪器设备，例如摄像机、摄像头、摄像仪等，这里用于对用户康复训练的真实场景进行拍摄以得到获取真实场景信息，摄像装置将该实时真实场景信息实时发送给计算机设备3。

具体地，用户通过人机交互设备1选择了目标训练模式后，人机交互设备将该目标训练模式发送至计算机设备1，计算机设备1确定与其对应的训练课程，再利用摄像装置实时发送的真实场景信息替换掉训练课程中的虚拟场景，得到康复训练开始前的第一增强现实环境信息，并发送给增强现实设备4进行展示。

此时，用户在训练机器人设备2上通过增强现实设备4中展示的第一增强现实环境信息对应的训练场景，准备按照训练课程进行下肢康复训练。

在康复训练的过程中，用户在训练机器人设备2上完成该训练课程对应的任务。训练机器人设备2采集用户在完成任务过程中下肢的运动数据，并将该运动数据发送至计算机设备3。计算机设备3根据运动数据实时计算场景变化信息，这里，随着用户下肢的运动，训练课程虚拟场景对应的任务在逐渐完成中，第一增强现实环境信息对应的训练场景也会发生变化。因此，计算机设备3根据运动数据实时计算场景变化信息，该场景变化信息可以是虚拟场景中待更新的像素，并利用待更新的像素替换掉对应位置的原像素，生成第二增强现实环境信息。增强现实设备4基于该第二增强现实环境信息更新展示在所述运动数据作用下的训练场景，实现了训练课程虚拟场景的更新展示。

通过本公开上述实施例提供的基于AR的下肢康复训练系统，将增强现实融入到下肢康复训练系统中，在增强现实设备上以可视化的形式展示用户康复训练过程，提高了用户的参与感和趣味性，通过视觉刺激用户的感官，激发了康复训练的积极性与主动性。

作为本发明实施例的一些可选实施方式，计算机设备3包括康复训练评价装置，所述康复训练评价装置用于对上述运动数据进行处理分析，得到表征用户下肢康复情况训练结果信息，并在人机交互设备1中展示该训练结果信息。

可选地，在接收到运动数据后，康复训练评价装置对其进行处理分析，得到表征用户下肢指标的评价数据，并基于该数据给出训练结果信息，从而能够让用户了解康复训练的效果。这里，不同的下肢部位对应的指标可以不同，例如腰部指标包括腰部偏移能力、腰部肌肉力量和腰部旋转能力；腿部指标包括腿部平衡能力、运动方向准确度、腿部肌肉力量等。因此，可以预先建立不同用户群的下肢指标数据库，该用户群可以根据用户性别、年龄、国籍等划分，这样，下肢指标评价数据即通过用户下肢指标数据与其所在用户群的下肢指标数据进行对比分析获得，两者对比的差值越大，用户所得分数越高，说明用户下肢指标越好，康复训练的效果越好。

进一步地，该训练结果信息可以是可视化信息，计算机设备3根据上述评价数据生成表征所述用户下肢各部分发力情况的可视化信息，并在人机交互设备4中呈现该可视化信息。

其中，可视化信息可以是不同部位评价数据对应的渐变颜色信息，在康复训练下肢的运动过程中，用户下肢各部位的评价数据会通过渐变颜色实时反馈给用户，在虚拟现实场景下每个部位的训练情况都会以虚拟下肢上对应位置颜色的渐进变化给与用户反馈，使用户能够根据各部位的颜色实时了解掌握下肢各部位的康复情况，做好下一次康复训练的计划。

作为本发明实施例的另一些可选实施方式，训练机器人设备2包括下肢穿戴设备，所述下肢穿戴设备与计算机设备3通信连接，用于基于计算机设备3发出的训练指导指令带动所述用户的下肢进行空间运动；其中，所述训练指导指令是基于所述评价数据生成的。

具体地，在得到上述评价数据后，可以了解到用户下肢哪些目标部位的还没有达到理想的康复水平，此时，可以利用训练机器人设备2中的下肢穿戴设备，帮助用户针对这些目标部位进行训练，使用户意识到这些目标部位在训练课程虚拟场景中应该如何发力才能完成对应的任务。即为用户的每一个下肢运动做出真实反馈，帮助用户建立下肢肌肉记忆和技能训练，从而帮助用户完成康复训练的目标。

需要说明的是，可以预先建立不同下肢部位评价数据对应的训练指导信息，计算机在生成评价数据后，会基于目标部位的评价数据查找到对应的训练指导信息，并生成携带该训练指导信息的训练指导指令，使得下肢穿戴设备基于该指令帮助用户针对目标部位进行训练。

进一步地，训练机器人设备还包括控制器和多个电机，下肢穿戴设备中设置有多个运动组件；其中，所述电机与所述运动组件存在对应关系，且与所述运动组件电连接；所述控制器用于基于所述训练指导指令控制所述电机驱动对应的运动组件运动。

具体地，下肢穿戴设备包括但不限于腰部穿戴设备和腿部穿戴设备。用户在目标部位康复训练前，先穿戴好下肢穿戴设备。其中运动组件包括腰关节旋转运动组件、腿关节旋转运动组件、腿关节屈伸组件、腿关节旋转运动组件和踝关节组件，每个运动组件可以对应一个或多个电机，每个电机能够控制运动组件在一个自由度的运动。举例来说，腰关节旋转运动组件与两个电机相连接，可以让腰关节旋转运动组件在两个自由度实现复杂的运动，即实现腰关节的前后运动和左右摇摆，从而增加下肢康复训练的运动方式。运动组件和电机之间可以通过电线或钢丝绳电连接。

控制器在接收到目标部位的训练指导指令后，确定该训练指导指令需要的目标运动组件，并基于电机与目标运动组件的对比关系，确定需要控制的电机，从而驱动需要的目标运动组件运动。在目标运动组件的带动下，用户下肢目标部位对应的关节、肌肉也会随之发力进行运动同步，通过该目标部位关节和肌肉的分离及协同动作，以达到该目标部位对应的肌肉记忆和技能训练。

作为本发明实施例的可选实施方式，上述下肢康复训练包括腿部康复训练。此时，训练机器人设备4底部平台设置了传送带，通过传送带满足针对腿部的跑动、上坡、下坡等训练课程。需要说明的是，由于腿部训练不便于通过增强现实头盔或增强现实眼镜来展示训练课程，这里增强现实设备4采用投影设备，通过该投影设备将上述第一增强现实环境信息和第二增强现实环境信息投影至训练机器人设备2的底部平台传送带上，引导增强现实脚印根据设定的频率及位置在传送带上循环出现，实现跑动、上坡、下坡等训练。

具体地，请参阅图2，包括虚拟脚印31、用户真实脚印32、用户脚印与虚拟脚印重合区域33、运动区域24。其中虚拟脚印1由投影设备投影出来，会随着传送带的速度滑动，当虚拟脚印1移动到运动区域4时，用户需要将脚移动到虚拟脚印1的位置，根据虚拟脚印1在运动区域4出现的位置来区分左右脚。

进一步地，底部平台传送带在预设位置上分别设置有压力传感器，所述压力传感器用于实时采集所述用户在腿部康复训练过程中的压力分布数据(即运动数据)，并将该压力分布数据和压力传感器的标识信息发送至计算机设备3。这里，可以将运动区域24分成若干个子区域，每个子区域设置一个压力传感器，每个压力传感器具有唯一标识该压力传感器的标识信息。这样，计算机设备3基于压力传感器的标识信息，即可确定用户真实脚印32的位置，压力分布数据即为用户在该位置运动对应的数据。记图2中阴影面积为a，虚拟脚印面积为b，即可以计算得到脚印重合率，对运动过程中所有脚印重合率进行加权求和等处理，即可得到用户的踏中率数据，作为运动数据的一种可以反应腿部运动方向的准确度。步长、步宽、步高在内的步态数据，并

进一步地，压力传感器将接收的用户压力分布数据发送至计算机设备3，计算机设备3对接收到的数据进行预处理后，分析数据提取用户的步频、步长、腾空时间、后蹬力参数等，基于此得到包括腿部平衡能力、腿部肌肉力量等的腿部指标。

作为本发明实施例的其他可选实施方式，上述下肢康复训练包括腰部康复训练。此时，训练机器人设备2上安装有腰部数据采集装置，所述腰部数据采集装置包括腰部横移量采集装置、腰部转动角度采集装置、腰部侧倾角度采集设备。

具体地，在完成腰部康复训练对应的任务时，腰部横移量采集装置用于采集作者腰部左右横移量，腰部转动角度采集装置用于采集作者腰部左右转动角度；腰部侧倾角度采集装置用于采集用户腰部左右侧倾角度。

可选地，所述腰部横移量采集装置中安装有压力传感器，所述腰部转动角度采集装置中安装有左右侧倾电位计和左右横移电位计。

具体地，该压力传感器可以包括左侧压力传感器和右侧压力传感器；分别安装在训练机器人设备2与用户腰部接触部件的左侧扶手处和右侧扶手处。左右侧倾电位计和左右横移电位计安装在训练机器人设备2与用户腰部接触部件前端处。

通过压力传感器、左右侧倾电位计和左右横移电位计，采集用户在腰部康复训练过程中的腰部肌肉发力数据、腰部旋转数据及腰部位移数据，将这些数据作为运动数据发送至计算机设备3。计算机设备3对上述鱼洞数据进行算法过滤以及处理，得到包括腰部偏移能力、腰部肌肉力量和腰部旋转能力等的腰部指标。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的装置、系统可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

实施例二

结合附图3所示，为了实现上下肢协同训练，本实施例的训练机器人设备2包括机体21、座椅22、第一安装架23、第二安装架24、手臂锻炼装置25、下肢锻炼装置26、手臂固定组件27和下肢固定组件(图中未示出该结构)等具体功能部件。

本实施例的机体21作为整个设备的基础安装结构，其用于安装上述的座椅22、第一安装架23和第二安装架24等，其中，两个第一安装架23可以位于座椅22的两侧，两个第二安装架24位于座椅22的下方，并且也位于座椅22的两侧。本实施例的机体21具体的结构形式可以是图中所示，也可以是任意一种安装结构，而且为了便于整个设备的移动，也可以在机体21的底部设置行走装置(图中未示出)等结构。

本实施例的手臂锻炼装置25安装在第一安装架23上，下肢锻炼装置26安装在第二安装架24上，具体的安装方式在下述中给出；相应的，本实施例的手臂固定组件27与手臂锻炼装置25连接配合，并在手臂锻炼装置25的带动下动作；下肢固定组件与下肢锻炼装置26连接配合，并在下肢锻炼装置26的带动下动作，手臂固定组件27和下肢固定组件的具体结构也在下述的描述中给出。

区别于现有的阻力锻炼设备，本实施例的手臂锻炼装置25和下肢锻炼装置26均为主动锻炼设备，在工作时，通过手臂锻炼装置25的动作带动固定在手臂固定组件27上的手臂进行动作训练，同时，通过下肢锻炼装置26的动作带动固定在下肢固定组件上的下肢进行动作训练，进而实现上下肢协同训练，以达到更好的康复训练效果。

基于上述结构，发明人发现，在现有技术中无论是阻力锻炼设备还是主动锻炼设备，只能实现手臂的绕轴运动或者简单的抬升下落，动作单一，无法实现多角度的运动-对应上肢锻炼，尤其无法对手腕等关节处进行良好的训练，而如果通过机械骨骼来包裹手臂来实现模拟人体动作不仅结构复杂，而且成本过高，因此本实施例提供了一种新的手臂锻炼装置25。

结合附图4和5所示，本实施例的手臂锻炼装置25可以在第一动作状态和第二动作状态之间动作，当然，还可以处于其他动作状态，图中仅示出了两个状态来呈现手臂锻炼装置25具体的动作形态。

本实施例的手臂锻炼装置25包括第一运动臂251、第二运动臂252、转动部件253、转动臂254、第一安装座255、第二安装座256、升降伸缩部件257和摆动伸缩部件258。其中，本实施例的第一运动臂251一端通过铰链安装在第一安装架23上，另一端通过铰链连接有本实施例的第一安装座255，第一安装臂可以是板状件或者其他形状，其自身具有良好的结构强度和刚度。其中，本实施例的升降伸缩部件257和摆动伸缩部件258以及下述的各伸缩部件均可以是气杆或电动杆等往复直线运动装置，本实施例的转动部件253可以是电机等结构。

本实施例的第二运动臂252一端安装在第一安装座255上，另一端安装座第二安装座256上，第二运动臂252可在第一安装座255上沿一个竖直平面转动，关于本实施例的第二运动臂252的具体结构和动作原理在下述中给出。本实施例的转动部件253一端与第二安装座256连接，另一端与转动臂254连接，以带动转动臂254转动。本实施例的升降伸缩部件257下端安装在第一安装架23上，上端与第二运动臂252连接，以带动第二运动臂252升降；本实施例的摆动伸缩部件258一端与第一运动臂251铰接，另一端与第一安装座255铰接，摆动伸缩部件258的伸缩能够带动第一安装座255和第二运动臂252在水平方向上转动。

相应的，本实施例的手臂固定组件27可以包括与第一运动臂251连接的第一固定件271、与第二运动臂252连接的第二固定件272以及与转动部件253连接的第三固定件273，第一固定件271用于固定大臂或者说是上臂，第二固定件272用于固定小臂或者说是前臂，第三固定件273用于固定手掌部位，具体的，本实施例的第一固定件271、第二固定件272可以是能够开合的箍形结构，并且可以调节紧固的范围以适配不同的患者，第三固定件273用于放置手掌，并且可以说是一个供人手把握的结构；当然，本实施例的手臂固定组件27的结构形式不限于此，例如手臂固定组件27也可以是一个穿戴结构，例如穿戴护具等。

本实施例的手臂锻炼装置25在工作时，通过升降伸缩部件257带动第一运动臂251上的手臂抬升或下降，以锻炼手臂与肩颈的连接处；通过摆动伸缩部件258带动小臂水平摆动，并且通过第二运动臂252的自身转动实现上下转动，来使得大臂和小臂之间的关节得到良好的锻炼，能够使得小臂在两个自由度上运动；通过转动部件253和转动臂254带动手腕运动。可知，本实施例的手臂锻炼装置25能够实现手臂在多个角度上的自由动作，并且能够锻炼到手臂的主要关节，训练效果明显优于现有结构，利于病人的康复。

基于上述手臂锻炼装置25，由于需要实现第二运动臂252的上下转动，而一般的转动结构均通过在第一运动臂251和第二运动臂252的连接处设置能够输出扭矩的结构(例如电机的转轴)来实现第二运动臂252的转动，这不仅不利于摆动伸缩部件258与第二运动臂252的连接，而且由于第二运动臂252的长度较长，单纯通过一个点的扭矩带动起转动，由于扭矩过大，长期以往容易出现扭矩结构变形松脱等现象，结构的稳定性较差，而且对输出扭矩的结构强度要求也较高，另外，单纯的绕轴转动也与人体手臂的动作原理不符，小臂转动与第二运动臂252的转动轨迹差异性较大，进而无法达到最优的训练效果，因此本实施例对第二运动臂252的结构做出了进一步的优化。

再结合附图3和4所示，本实施例的第二运动臂252包括第一臂体2521、第二臂体2522和转动伸缩部件2523；本实施例的第一安装座255上端设有第一连接部2551，下端设有第二连接部2552；本实施例的第二安装座256上端设有第三连接部2561，下端设有第四连接部2562。

其中，本实施例的第一臂体2521一端与第一安装座255的第一连接部2551铰接，另一端与第二连接座的第三连接部2561铰接，具体的，本实施例的第一连接部2551和第二连接部2552可以是铰接孔，第一臂体2521两端与铰接孔铰接；第二臂体2522与第一臂体2521平行，第二臂体2522一端与第二连接部2552铰接，另一端与第四连接部2562铰接，同理，本实施例的第二连接部2552和第四连接部2562也可以是铰接孔，第二臂体2522的两端与铰接孔铰接。

通过上述连接结构，使得第一臂体2521、第二臂体2522、第一安装座255和第二安装座256形成四连杆机构；本实施例的转动伸缩部件2523一端与第一连接部2551铰接，另一端与第四连接部2562铰接，或者，动伸缩部件一端与第二连接部2552铰接，另一端与第三连接部2561铰接；通过转动伸缩部件2523的伸缩可以带动该四连杆机构动作，以使得第二运动臂252在第一安装座255上沿一个竖直平面转动，进而实现第二运动臂252远离第一运动臂251的一端沿近似于椭圆弧线的轨迹动作，并且该轨迹与人体小臂的手腕附近的运动轨迹相同，能够更好的模仿人体动作，而且由于本实施例不采用扭矩输出来带动第二运动臂252动作，因此不会影响摆动伸缩部件258的动作，而且不会出现扭矩输出结构变形松脱等问题。

另外，为了实现训练数据的记录和反馈，可以在本实施例的第一安装架23上设有检测第一运动臂251转动角度的第一角度传感器(图中未示出)；并且在第一运动臂251和第二运动臂252之间设有第二角度传感器和第三角度传感器(图中未示出)，第二角度传感器用于检测第二运动臂252相对于第一运动臂251的摆动角度，第三角度传感器用于检测第二运动臂252相对于第一运动臂251的转动角度；另外，当手臂固定组件27为穿戴式结构时，还可以在手臂固定组件27上设置压力传感器，来检测手臂的压力；本实施例的第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器和压力传感器均与本实施例的计算机设备数据信号连接，以通过计算机设备对检测到的数据进行分析处理，具体的分析处理过程在上述实施例已经给出，本实施例不进行赘述。

除了手臂锻炼装置25外，本实施例还提供了一种下肢锻炼装置26，与现有的手臂锻炼装置25相同，现有的下肢锻炼结构动作也较为单一，对下肢的各个重要关节均进行训练，而且动作轨迹一般为圆弧形，对于下肢训练来说也无法达到最优的训练效果；另外，由于需要通过扭矩输出部位输出转动扭矩，因此也容易出现扭矩输出部位受力过大而产生变形松脱的问题。

因此，本实施例对下肢锻炼装置26的结构做出改进，结合附图1、6和7所示，本实施例的下肢锻炼装置26包括滚轮(图中未示出)、滑架261、第三安装座262、伸缩杆件263、第一抬升伸缩部件264、第二抬升伸缩部件265和踏板266；为了实现下肢锻炼装置26的滑动，本实施例在第二安装架24上设有弧形滑槽241，滚轮安装在弧形滑槽241内；滑架261与弧形滑槽241滑动配合，滑架261安装在滚轮上，并在滚轮的带动下在弧形滑槽241上滑动，滚轮可以是一个电动主动轮。

本实施例的第三安装座262包括本体2621、设于本体2621上端的第一连接耳2622和设于本体2621下端的第二连接耳2623；本体2621的长度方向沿竖直方向设置；第一连接耳2622一端与本体2621一体连接，另一端设有第五连接部2624；第二连接耳2623一端与本体2621一体连接，另一端设有第六连接部2625；其中，第五连接部2624与本体2621的水平距离小于第六连接部2625与本体2621的水平距离；伸缩杆件263下端与第五连接部2624铰接，上端与踏板266的底面一处连接，伸缩杆件263中部设有第七连接部2631；第一抬升伸缩部件264下端与第六连接部2625铰接，上端与第七连接部2631铰接；第二抬升伸缩部件265下端与第七连接部2631铰接，上端与踏板266的底面另一处连接。

本实施例的第一抬升伸缩部件264的伸缩能够带动伸缩杆件263和踏板266整体转动，进而实现踏板266的升降，并且踏板266转动的轨迹并非是现有的圆弧轨迹，而是与上述的第二运动臂252相同，形成类似于椭圆弧的运动轨迹，与人在正常行走运动过程中下肢的运动轨迹相同，进而达到更好的锻炼效果，而且利用第一抬升伸缩部件264的结构稳定性优于电机等输出扭矩的结构。

本实施例的第二抬升伸缩部件265用于单独带动踏板266转动，以实现脚踝部位的上下转动，优选的，踏板266包括主板体2661和铰接于主板体2661两侧的侧板2662，主板体2661的宽度小于人体一般脚掌的宽度，并且本实施例的下肢锻炼装置26还包括支撑伸缩部件267；支撑伸缩部件267一端与主板体2661铰接，另一端与侧板2662铰接，通过支撑伸缩部件267的伸缩来带动两个侧板2662转动，进而实现脚踝的左右转动，对脚踝具有更全面的锻炼效果。需要说明的是，本实施例的两侧板2662均连接有本实施例的支撑伸缩部件267，而位于两侧的两个支撑伸缩部件267的动作是相反的，才能实现共同带动脚踝向左或向右转动。

基于上述下肢锻炼装置26，本实施例的下肢固定组件可以是连接在踏板266上的穿戴护具，可以在该穿戴护具内设置与计算机设备连接的传感器，来获取人体的下肢运动数据。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术。

Claims (10)

1.一种基于AR的下肢康复训练系统，其特征在于，包括：人机交互设备、计算机设备、训练机器人设备和增强现实设备；其中，

所述计算机设备分别与所述人机交互设备、所述训练机器人设备和所述增强现实设备通信连接或电连接；

所述人机交互设备安装在所述训练机器人设备上，用于展示训练模式信息和训练结果信息；所述人机交互设备上设置有摄像装置，所述摄像装置用于获取真实场景信息；

所述训练机器人设备用于康复训练的运行，采集用户康复训练过程中下肢的运动数据，并将所述运动数据发送至所述计算机设备；

所述计算机设备用于基于所述真实场景信息和目标训练模式对应的训练课程确定第一增强现实环境信息，并根据接收的所述运动数据实时计算生成第二增强现实环境信息；

所述增强现实设备用于展示实时接收的所述第一增强现实环境信息和所述第二增强现实环境信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机设备包括康复训练评价装置，所述康复训练评价装置用于对所述运动数据进行处理分析，得到表征所述用户下肢康复情况的所述训练结果信息。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计算机设备根据所述评价数据生成表征所述用户下肢各部分发力情况的可视化信息；所述人机交互设备在所述训练结果信息中呈现所述可视化信息。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述训练机器人设备包括下肢穿戴设备，所述下肢穿戴设备与所述计算机设备通信连接，用于基于所述计算机设备发出的训练指导指令带动所述用户的下肢进行空间运动；其中，所述训练指导指令是基于所述评价数据生成的。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述训练机器人设备还包括控制器和多个电机，所述下肢穿戴设备中设置有多个运动组件；其中，所述电机与所述运动组件存在对应关系，且与所述运动组件电连接；所述控制器用于基于所述训练指导指令控制所述电机驱动对应的运动组件运动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下肢康复训练包括腿部康复训练，所述增强现实设备用于将所述第一增强现实环境信息和所述第二增强现实环境信息投影至所述训练机器人设备的底部平台传送带上。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述底部平台传送带在预设位置上分别设置有压力传感器，所述压力传感器用于实时采集所述用户在腿部康复训练过程中的压力分布数据，并将所述压力分布数据和所述压力传感器的标识信息发送至所述计算机设备。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下肢康复训练包括腰部康复训练，所述训练机器人设备上安装有腰部数据采集装置，所述腰部数据采集装置包括腰部横移量采集装置、腰部转动角度采集装置、腰部侧倾角度采集设备。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述腰部横移量采集装置中安装有压力传感器，所述腰部转动角度采集装置中安装有左右侧倾电位计和左右横移电位计。

10.根据权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，所述增强现实设备为增强现实眼镜、增强现实头盔、增强现实投影设备中的一种或多种。

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