[發(fā)明專利]一種基于柔性陣列式壓力傳感器的上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810288974.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN108392794A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林明星;馬高遠(yuǎn);劉方全;吳筱堅(jiān);孫強(qiáng)三
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): A63B23/12
• 分類號(hào): A63B23/12
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發(fā)明公開了一種基于柔性陣列式壓力傳感器的上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：柔性陣列式壓力傳感器，用以實(shí)時(shí)獲取在康復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中手臂與康復(fù)機(jī)器人之間的相互作用力及其空間分布信息；數(shù)據(jù)采集模塊，并通過通信接口將采集到的信息傳送至上位機(jī)中；上位機(jī)完成信號(hào)的運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別并將信息處理模塊的運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別結(jié)果與人體主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練策略相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)利用康復(fù)機(jī)器人的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。本發(fā)明通過將柔性陣列式壓力傳感器與主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練策略相結(jié)合的方法對(duì)患者的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練軌跡進(jìn)行規(guī)劃，以人體運(yùn)動(dòng)意圖為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理、安全、具有更好康復(fù)效果的康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡。并通過運(yùn)動(dòng)控制模塊，將力信號(hào)轉(zhuǎn)化成能控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于柔性陣列式壓力傳感器的上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，由于腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病引起的偏癱、四肢功能障礙患者正在不斷增加，嚴(yán)重影響患者的工作、生活和學(xué)習(xí)，并給患者的家庭和社會(huì)帶來極大的負(fù)擔(dān)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)該類患者的治療已經(jīng)從傳統(tǒng)的醫(yī)師輔助治療向具有多功能的康復(fù)機(jī)器人輔助治療進(jìn)行轉(zhuǎn)變。目前大多數(shù)的康復(fù)機(jī)器人因無法有效識(shí)別患者的運(yùn)動(dòng)意圖，只能帶動(dòng)患者進(jìn)行被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，無法帶動(dòng)患者進(jìn)行有效的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。但研究表明，主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練因?yàn)榛颊哌\(yùn)動(dòng)意圖的加入，對(duì)于修復(fù)受損的中樞神經(jīng)，恢復(fù)人體上肢運(yùn)動(dòng)功能具有顯著的康復(fù)效果。因此主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練被認(rèn)為患者康復(fù)訓(xùn)練必不可少的階段。

人體運(yùn)動(dòng)意圖的識(shí)別是主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練最為重要的一環(huán)。目前針對(duì)人體運(yùn)動(dòng)意圖的識(shí)別研究大都通過腦電信號(hào)、肌電信號(hào)和人機(jī)之間的相互作用力來獲取。因腦電信號(hào)、肌電信號(hào)受個(gè)體差異的影響較大，因每個(gè)人的實(shí)際情況不同，所產(chǎn)生的腦電信號(hào)和肌電信號(hào)強(qiáng)度不一致，并且腦電信號(hào)和肌電信號(hào)極易受到外界環(huán)境的干擾，需在特定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，無法滿足實(shí)際康復(fù)訓(xùn)練的環(huán)境要求，因此基于人機(jī)之間的相互作用力來判斷人體的運(yùn)動(dòng)意圖被認(rèn)為是目前應(yīng)用于人體上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的可行途徑。目前已有研究人員針對(duì)該方面展開研究，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201611062729.7，名稱：五自由度上肢康復(fù)機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)及方法。在該專利中提出了一種利用FSR壓力傳感器來獲取人機(jī)之間的相互作用力，但FSR壓力傳感器是一種單點(diǎn)式壓力傳感器，通過該類傳感器只能獲取單個(gè)點(diǎn)的人機(jī)相互作用力，無法獲取更多的人體運(yùn)動(dòng)特征信息，不能有效的表示人體的運(yùn)動(dòng)意圖。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201611193371.1，名稱：基于交互力識(shí)別運(yùn)動(dòng)意圖的欠驅(qū)動(dòng)康復(fù)機(jī)器人的控制方法。在該專利中提出了一種利用六維力傳感器來獲取人機(jī)之間的相互作用力，該六維力傳感器安裝于上肢康復(fù)機(jī)器人的末端，即人體的手部位置。該種方法僅適用于上肢健全、并且已經(jīng)基本恢復(fù)上肢運(yùn)動(dòng)功能的患者。在主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的早期，患者手部無法運(yùn)動(dòng)的情況下，無法使用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中人體上肢康復(fù)訓(xùn)練存在諸多的問題，亟需一種更為有效的上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于柔性陣列式壓力傳感器的上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，利用柔性陣列式壓力傳感器獲取人機(jī)之間的壓力大小及空間分布信息，結(jié)合主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練策略，完成對(duì)患者上肢的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。

一種基于柔性陣列式壓力傳感器的上肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：

柔性陣列式壓力傳感器，用以實(shí)時(shí)獲取在康復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中手臂與康復(fù)機(jī)器人之間的相互作用力及其空間分布信息；

數(shù)據(jù)采集模塊，用以實(shí)時(shí)采集柔性陣列式壓力傳感器檢測(cè)到的手臂與康復(fù)機(jī)器人之間的相互作用力大小及其空間分布信息，并通過通信接口將采集到的信息傳送至上位機(jī)中；

所述上位機(jī)中包括信息處理模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述信息處理模塊通過對(duì)柔性陣列式壓力傳感器獲取的人機(jī)之間相互作用力信息處理，完成信號(hào)的運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別；