[發明專利]基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統及其使用方法

在審

• 申請號: 201811118637.5
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109260668A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 宋愛國;石珂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A63B23/12
• 分類號: A63B23/12;A63B23/14;A63B24/00;A63B71/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 唐紅

本發明公開一種基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統及其使用方法，包含七自由度上肢康復訓練機器人本體、虛擬現實康復訓練系統，能夠實現上肢運動功能障礙患者的肩關節外展/內收、外旋/內旋、屈/伸，肘關節屈/伸，前臂內旋/外旋以及腕關節外展/內收、屈/伸康復訓練，通過一種肩關節運動中心定位方法，能夠確保康復訓練安全性，提高康復訓練機器人控制精度；虛擬現實康復訓練系統通過康復訓練機器人上安裝的姿態傳感器以及Kinect雙目視覺傳感器進行人體上肢姿態識別，并作為虛擬現實場景的輸入，通過與上肢運動訓練相關的游戲，提升康復趣味性以及康復效率。

技術領域

本發明涉及一種基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，用于上肢受傷患者的上肢主被動康復訓練，屬于醫療保健器械。

背景技術

醫學理論實踐證明，對上肢受傷患者，進行康復訓練是恢復其上肢運動功能的有效途徑。使用康復訓練機器人對患者的康復訓練能夠有效的降低患者經濟壓力，提高康復訓練效率，現有康復訓練機器人存在造價高昂、體積巨大以及人機交互不友好等不足之處。且科學研究表明，虛擬現實技術的應用能夠增加患者康復訓練的積極性，提高訓練效率。所以研制一種低成本、輕量化、人機交互友好且具備虛擬現實康復訓練功能的上肢康復訓練機器人系統具有迫切的實際意義以及較高的價值。

發明內容

發明目的：本發明于提供一種基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統及其使用方法，基于虛擬現實場景實現上肢運動功能障礙患者的肩關節外展/內收、外旋/內旋、屈/伸，肘關節屈/伸，前臂內旋/外旋以及腕關節外展/內收、屈/伸康復訓練，且通過一種肩關節運動中心定位方法，能夠確保康復訓練安全性，提高康復訓練機器人控制精度。

技術方案：本發明的一種基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，包括機器人本體以及虛擬現實康復訓練系統，所述機器人本體包括支架、上臂模塊、前臂模塊和手部模塊；所述支架與地面相對固定并支撐整體重量，所述上臂模塊包括上臂外環和上臂內環，所述前臂模塊包括前臂外環和前臂內環，上臂內環和前臂內環內側壁分別裝有第一氣囊和第二氣囊，兩個氣囊與人體緊密結合，上臂模塊和前臂模塊之間通過肘部支架相連接；整個機器人本體通過一組繩索組件和對應的直流電機實現驅動；所述虛擬現實康復訓練系統包括主機和Kinect雙目視覺傳感器；

其中，所述機器人本體輔助使用者進行康復訓練，Kinect雙目視覺傳感器c采集使用者姿態信息并將該信息傳輸至主機處理，主機運行虛擬現實場景，通過Kinect雙目視覺傳感器采集的姿態信息實現使用者與虛擬場景的交互。

其中，虛擬現實康復訓練系統中的虛擬現實交互游戲與康復機器人本體相適配，交互運動與康復機器人本體的各關節自由度一一對應，且通過康復機器人本體上的姿態傳感器協同Kinect進行交互輸入以提高輸入精度。