[發明專利]基于情緒感知的運動康復機器人交互控制方法

在審

• 申請號: 201410571745.3
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104287747A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 徐國政;陳敏;茅晨;高翔;翟雁;郭曉波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: A61B5/16
• 分類號: A61B5/16
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓

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技術領域

本發明涉及康復機器人傳感與治療控制領域，尤其是關于一種基于情緒感知的運動康復機器人交互控制方法。

背景技術

現代社會隨著世界各國相繼進入老齡化，在老齡化過程中會產生大量的腦卒中或中風病患者，此類患者通常由于腦血管血栓或腦血管破裂出血而導致腦供血中斷，從而使相應的運動、感覺和認知等功能遭到喪失或受到損害。現代神經康復醫學及其臨床研究結果表明中樞神經系統具有高度的可塑性，對因腦卒中等疾病引起的肢體功能障礙，通過科學合理的康復治療訓練可以在一定程度上恢復其受損的肢體功能。

康復機器人技術是近年來發展起來的一種新的運動神經康復治療技術，在機器人輔助患者運動康復治療過程中，患者的主動參與對提高康復訓練效果具有至關重要的作用。基于患者主動參與意識的機器人輔助康復治療研究，目前主要集中在“基于生物力學的主動運動交互控制”和“基于生物電的主動運動交互控制”兩個方面，患者與康復機器人之間的交互協作主要是以感知患者主動“運動”參與為主。在傳統康復治療方法中，康復醫師除了能感受到患者主動“運動”參與外，還能夠觀察到患者對不同難度訓練任務所表現出來的高興、厭煩和挫敗等情緒變化，并根據情緒變化及時調整自己的訓練行為。由情緒心理學可知，訓練過程中患者表現出來的情緒反應是一種以患者主觀參與感受的變化為特征的心理活動過程。為使患者與康復機器人之間的交互控制更加和諧自然，研究人員自然地期望機器人能像康復醫師那樣，實時感知訓練過程中患者情緒的變化，并根據情緒變化實時調整機器人輔助訓練行為。由此可見，從患者主動“心理”參與角度，研究一種基于情緒感知的運動康復機器人交互控制方法，將進一步完善和提高人機協作康復訓練技術水平，具有重要的學術意義和實際應用價值。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于情緒感知的運動康復機器人交互控制方法，以機器人輔助康復訓練過程中患者“挫敗”、“興奮”及“厭煩”三類情緒為目標情緒狀態，其具體實現包括如下步驟：

步驟1、獲取康復訓練過程中患者目標情緒反應的生理響應信號；

步驟2、情緒生理響應特征分析：從生理響應信號中分析出反應目標情緒變化的生理信號重要特征及其組合；

步驟3、患者目標情緒狀態識別：根據分析得到的目標情緒生理響應特征及其組合，設計分類器識別目標情緒狀態；

步驟4、基于目標情緒的人機交互控制：根據識別到的患者目標情緒狀態，設計與患者目標情緒變化相一致的閉環自適應人機交互控制方法。

進一步的實施例中，前述的步驟1中，通過采用心理生理測量方法設計情緒生理測量實驗，以獲取訓練過程中患者目標情緒反應的生理響應信號。

進一步的實施例中，前述步驟2中，情緒生理響應特征分析包括以下步驟：

（1）分別從患者心電、皮電、體溫等生理響應信號中提取各自均值、方差作為目標情緒生理響應特征；

（2）采用“兩因素混合設計及其方差分析”方法，從統計意義上分析出能反應目標情緒變化的生理信號重要特征及其組合。

進一步的實施例中，前述步驟3中，采用支持向量機方法設計目標情緒分類器。

進一步的實施例中，前述步驟4中，采用QV強化學習方法設計與患者目標情緒變化相一致的閉環自適應人機交互控制器。

由以上本發明的技術方案可知，本發明的有益效果在于：

（1）相對于現有“基于生物力學的主動運動交互控制方法”和“基于生物電的主動運動交互控制方法”，“基于情緒感知的運動康復機器人交互控制方法”的最大優點在于該方法是從“心理”層次感知患者主動參與意愿，克服了現有的機器人輔助康復人機交互協作訓練方法主要以感知患者主動“運動”參與為主的局限。

（2）采用“心理生理測量方法”感知患者情緒變化，相較目前常用的“面部表情”、“語音信號分析”和“身體姿態”等情緒識別方法，對伴有面部表情呆滯、發音不清以及肢體障礙等常見臨床特征的中風患者群體，它受主/被試主觀因素影響較小，是一種非侵入式、檢測手段方便且易于被患者接受的客觀量化情緒狀態的研究方法。

附圖說明

圖1是本發明提出的基于情緒感知的運動康復機器人交互控制方法的框圖。

圖2是虛擬康復訓練任務在情緒二維空間描述示意圖。

圖3是情緒生理測量實驗過程示意圖。

圖4是基于“兩因素混合設計及其方差分析”方法的情緒生理響應特征分析流程圖。

圖5是目標情緒分類結果。

圖6是基于目標情緒識別的機器人輔助康復人機交互控制結果。

具體實施方式