[發(fā)明專利]一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710200494.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN107049702A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋愛國(guó);石珂;唐心宇;秦超龍;李會(huì)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): A61H1/02
• 分類號(hào): A61H1/02;A63B21/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 唐紅

1.一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：包括虛擬交互場(chǎng)景模塊、生理參數(shù)采集模塊、人機(jī)交互模塊、控制模塊和下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人；其中，所述生理參數(shù)采集模塊實(shí)時(shí)采集患者康復(fù)訓(xùn)練過程中的生理參數(shù)信息，并傳輸給人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)康復(fù)訓(xùn)練過程，并通過人際界面顯示患者的生理參數(shù)信息、下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人所測(cè)得的與患者之間的各向作用力，然后將上述信息提供至控制模塊；所述控制模塊根據(jù)人機(jī)交互模塊提供的信息和虛擬交互場(chǎng)景模塊提供的虛擬場(chǎng)景交互信息，及時(shí)發(fā)布虛擬交互場(chǎng)景模塊和康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人所需的控制指令；所述虛擬交互場(chǎng)景模塊為患者提供實(shí)時(shí)的視覺和聽覺交互，并將場(chǎng)景交互信息傳給控制模塊；所述下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人根據(jù)控制模塊的指令對(duì)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；所述虛擬交互場(chǎng)景模塊根據(jù)患者自主意愿或者患者康復(fù)狀態(tài)選擇相應(yīng)場(chǎng)景，在虛擬交互場(chǎng)景中設(shè)有虛擬人物實(shí)時(shí)響應(yīng)患者的動(dòng)作，虛擬交互場(chǎng)景中結(jié)合所建立模型推斷當(dāng)前虛擬人物在虛擬場(chǎng)景中所受作用力，即可根據(jù)下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人所發(fā)送的運(yùn)行速度和運(yùn)行位置信息，計(jì)算出當(dāng)前虛擬人物模型在虛擬場(chǎng)景中所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)以及運(yùn)動(dòng)速度，其中，虛擬人物運(yùn)動(dòng)姿態(tài)為一個(gè)僅與下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人運(yùn)行位置線性相關(guān)的量，即下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至某一位置，虛擬人物對(duì)應(yīng)一確定姿態(tài)，虛擬人物運(yùn)動(dòng)速度為一個(gè)僅與下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人運(yùn)行速度線性相關(guān)的量，即下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度為某值時(shí)，虛擬人物對(duì)應(yīng)一確定速度，根據(jù)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)速度對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)公式計(jì)算得到所受的作用力，將所受作用力發(fā)送給控制模塊，作為生成下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人提供力反饋的指令所需的參考，并可以接收控制模塊發(fā)出的場(chǎng)景或交互模式轉(zhuǎn)換指令。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：所述下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人包括機(jī)器人主體以及安裝于機(jī)器人主體的編碼器、直流電機(jī)和力傳感器，患者坐于機(jī)器人主體中，編碼器實(shí)時(shí)采集下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)行速度和運(yùn)行位置，力傳感器實(shí)時(shí)采集采集患者與康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人之間的各項(xiàng)作用力；下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人用以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練情形下牽引患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和主動(dòng)康復(fù)情形下的力反饋輸出，通過藍(lán)牙接收控制模塊輸出的反饋力信息，下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制器根據(jù)該信息調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)患者與下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人之間的作用力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：所述生理參數(shù)采集模塊佩戴在患者身上，采集患者的生理參數(shù)，并將生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給人機(jī)交互模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模塊由醫(yī)生或基于專家系統(tǒng)開發(fā)的康復(fù)評(píng)估軟件及時(shí)發(fā)布虛擬交互場(chǎng)景模塊和下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的控制指令，根據(jù)患者生理參數(shù)和康復(fù)訓(xùn)練成效，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度，并擁有發(fā)布緊急制動(dòng)指令的功能。