[發(fā)明專利]面向孤獨癥兒童的智能遠(yuǎn)程社交輔助治療機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310643539.4
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103612252A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉欣;付冬梅;徐俊偉;解侖;王志良;吳汝坤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J13/08;B25J19/04;G06Q50/22;A61B5/0476
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遠(yuǎn)程控制與人工智能領(lǐng)域，涉及一種針對孤獨癥兒童進行實時社交能力訓(xùn)練的智能輔助康復(fù)治療機器人裝置及其系統(tǒng)。

技術(shù)背景

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球約有3500萬孤獨癥患者，患病比率高達(dá)94:1。根據(jù)中國殘疾人聯(lián)合會2009年保守估計，我國0至15歲的孤獨癥患兒有150萬，0至20歲以上的孤獨癥患兒有500萬，而且其發(fā)病率呈逐年上升趨勢。由于孤獨癥病因未明，因此尚無有效的治療方法。除藥物干預(yù)以外，現(xiàn)階段孤獨癥的訓(xùn)練方式一般采用一對一的行為矯治和簡單的康復(fù)游戲。訓(xùn)練周期長（絕大多數(shù)患兒需要終身參與訓(xùn)練）、醫(yī)療費用極高、醫(yī)護人員稀缺、醫(yī)療機構(gòu)水平良莠不齊，且輔助治療工具簡陋等重大問題日益凸顯。

針對以上突出問題，將控制、人工智能等先進的信息科學(xué)手段與輔助治療相結(jié)合，開發(fā)面向孤獨癥兒童的遠(yuǎn)程社交輔助治療機器人其旨在發(fā)展孤獨癥兒童的社會交往能力，為患兒的教育和治療提供新的工具。機器人作為一個全面、可信的互動系統(tǒng)，應(yīng)用到學(xué)校及家庭教育中，為醫(yī)生、教師、家長和特殊需求的孤獨癥兒童服務(wù)，通過具備認(rèn)知情感能力的人性化社交輔助治療為孤獨癥兒童的康復(fù)帶來曙光。

發(fā)明內(nèi)容

為了能夠及時、有效地改善孤獨癥兒童的社會交往能力，給患兒提供先進的康復(fù)治療工具。本發(fā)明的目的之一，是提供一種輔助治療機器人裝置，通過多關(guān)節(jié)驅(qū)動、避障及路徑規(guī)劃、智能信息融合等控制技術(shù)，實現(xiàn)基于多元化交互手段的社交輔助治療模式；同時，提供網(wǎng)絡(luò)隔離管理、自適應(yīng)數(shù)據(jù)過濾等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，以實現(xiàn)對于廣域網(wǎng)絡(luò)中威脅信息的自主過濾及主動防御功能，從而為患兒隱私和機器人系統(tǒng)安全提供有力保障；并提供基于表情認(rèn)知及腦電分析的情緒捕捉與情感計算技術(shù)，以實現(xiàn)針對患兒情緒特點的協(xié)調(diào)、同步的人機互動，從而有效地培養(yǎng)孤獨癥兒童的社會交往和情感溝通技能。

具體方案如下：

一種遠(yuǎn)程輔助治療機器人裝置，包括頭部運動驅(qū)動器（1）、手臂運動驅(qū)動器（2）、設(shè)備承載器（3）、主-從輪式底盤（4）、及外殼模塊（7），該機器人裝置的頭部運動驅(qū)動器（1）搭載于設(shè)備承載器（3）頂端；手臂驅(qū)動器（2）分別搭載于設(shè)備承載器（3）兩側(cè)；底盤（4）安裝于承載器（3）底端。

優(yōu)選地，所述頭部運動驅(qū)動器（1）為兩組，兩組之間相互垂直耦合，每組頭部運動驅(qū)動器（1）包括離合器（101）、減速器（102）、直流電機（103）及其直流電機控制驅(qū)動機構(gòu)（104）；所述直流電機控制驅(qū)動機構(gòu)為環(huán)形直流電機控制板，直流電機控制板上裝有5個光電傳感器（105）及2個微動開關(guān)（106），光電傳感器（105）及微動開關(guān)（106）以30度夾角均勻分布于直流電機控制板（104）一側(cè)中半圓周的外邊緣，其中2個微動開關(guān)（106）之間呈180度夾角。

優(yōu)選地，所述手臂驅(qū)動器（2）為安裝于承載器（3）左右兩側(cè)的兩組多電機協(xié)同驅(qū)動裝置；其中每組手臂驅(qū)動器（2）包括4個步進式運動關(guān)節(jié)（107）、1塊手臂電機控制板（120）、1個肩關(guān)節(jié)支架（108）、1個大臂支架（109）、1個小臂支架（110）、1個手部支架（111）、1個300萬像素COMS攝像頭（118）。

優(yōu)選地，每個步進式運動關(guān)節(jié)（107）由步進電機及其減速器構(gòu)成；肩關(guān)節(jié)由兩個步進式運動關(guān)節(jié)（107）垂直耦合構(gòu)成，兩個步進式運動關(guān)節(jié)（107）分別控制旋轉(zhuǎn)自由度和上下擺動自由度。

優(yōu)選地，所述設(shè)備承載器（3）包括1個立式支架（112）、1個折疊式支架（113）、1個抽拉式框架（114）和抽拉式框架中的可抽拉矩形隔板（115）；所述立式支架（112）用于安裝頭部運動驅(qū)動器（1），折疊式支架（113）用于安裝觸摸式交互屏幕，矩形隔板（115）用于安放手臂電機控制板（120）以及工業(yè)控制計算機（8）；所述頭部運動驅(qū)動器（1）和手臂驅(qū)動器（2）以RS485總線為物理傳輸基礎(chǔ)，通過ModBus協(xié)議與工業(yè)控制計算機（8）進行信息交互。

優(yōu)選地，所述主-從輪式底盤（4）包括2個主驅(qū)動輪（116）、1個全向從動輪（117）和一個底盤承載器（122）；所述主驅(qū)動輪（116）與頭部運動驅(qū)動器（1）共用直流電機控制驅(qū)動機構(gòu)（104）。

優(yōu)選地，所述外殼模塊（7）由硬質(zhì)PVC材料制成，外殼模塊（7）共搭載有柔性觸摸傳感器（124）5個，其中，頭頂1個、耳部2個、肩部2個，同時外殼模塊（7）搭載有11組超聲波測距傳感器（125），其中，前部4組、后部3組、兩側(cè)各2組。

優(yōu)選地，所述矩形隔板（115）上還安裝有多傳感器控制及信息反饋模塊（5）、網(wǎng)絡(luò)安全模塊（6），