[發明專利]一種基于運動映射和虛擬現實的上肢康復機器人

有效

• 申請號: 202110375461.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113101137B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 趙萍;張涯婷;葛兆杰;鄧雪婷;關海威;葛巧德;蔡梅;張茹;王召偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;G06F3/01
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 何志欣

1.一種基于運動映射和虛擬現實的上肢康復機器人，其特征在于，其機器人本體包括至少一個支承桿、至少一個多軸臂組、連桿組和臂托，

臂托通過可提供其豎直方向自由轉動的連桿組與可提供其水平方向自由轉動的至少一個多軸臂組裝配至至少一個支撐桿上，使得設于機器人本體中的傳感器組可采集到患者在主動康復訓練過程中的訓練數據，或可采集到借助于由支撐桿承托其重量的單個電機的驅動而實現的被動康復訓練過程中的訓練數據；

根據訓練數據在虛擬訓練場景內搭建與患者上肢同步運動的第一虛擬三維模型，通過向虛擬訓練場景引入虛擬對象的第二虛擬三維模型與第一虛擬三維模型相交互來指示任務動作路徑；

若患者與虛擬對象處于同步狀態則增大與虛擬對象對應的第二虛擬三維模型的透明度；若患者與虛擬對象處于非完全同步狀態則按與上肢運動向背的方向逐漸增大第二虛擬三維模型的透明度。

2.根據權利要求1所述的上肢康復機器人，其特征在于，多軸臂組的一端以其裝配高度可調節的方式裝配在支撐桿上且其另一端與連桿組活動連接，以適應于不同患者或不同虛擬訓練環境。

3.根據權利要求2所述的上肢康復機器人，其特征在于，機器人本體被配置為在被動康復模式下基于預設被動康復方案提供的角速度值來調控電機的運作，患者上肢置于臂托內被動跟隨臂托運動以進行康復訓練。

4.根據權利要求3所述的上肢康復機器人，其特征在于，機器人本體還包括三維場景顯示器組和/或醫務界面顯示器組。

5.一種基于運動映射和虛擬現實的上肢康復機器人，其特征在于，至少包括：

動作監測單元，通過與患者上肢相連的機器人本體來捕捉患者上肢動作相關的訓練數據；

運動映射單元，根據訓練數據在虛擬訓練場景內搭建與患者上肢同步運動的第一虛擬三維模型；

虛擬場景實現單元，用于讀取預儲的虛擬訓練環境和/或虛擬三維模型，實時展示患者上肢在虛擬訓練環境中的運動，通過向虛擬訓練場景引入虛擬對象的第二虛擬三維模型與第一虛擬三維模型相交互來指示任務動作路徑；

若患者與虛擬對象處于同步狀態則增大與虛擬對象對應的第二虛擬三維模型的透明度；若患者與虛擬對象處于非完全同步狀態則按與上肢運動向背的方向逐漸增大第二虛擬三維模型的透明度。

6.根據權利要求5所述的上肢康復機器人，其特征在于，虛擬場景實現單元可基于患者上肢動作相關的訓練數據來調控第二虛擬三維模型所執行的運動階段以及運動速度。

7.根據權利要求6所述的上肢康復機器人，其特征在于，虛擬場景實現單元根據患者與虛擬對象所分別對應的兩虛擬三維模型之間所形成的動作偏差來劃定虛擬訓練環境中用以指示任務動作路徑的局部區域。

8.根據權利要求7所述的上肢康復機器人，其特征在于，虛擬場景實現單元還被配置為：

基于患者與虛擬對象所分別對應的兩虛擬三維模型之間所形成的動作偏差來劃定第一區域；

基于第一區域和至少包括上肢運動朝向信息的訓練數據來劃定第二區域；

基于第一與第二區域來劃定第三區域。

9.根據權利要求8所述的上肢康復機器人，其特征在于，第一至第三區域所對應的清晰度依次遞減。

10.根據權利要求9所述的上肢康復機器人，其特征在于，第一至第三區域中的至少一個區域可以是以非規則形狀來劃定的。