[發明專利]一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統

在審

• 申請號: 202210163009.9
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114377358A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 劉賓;塞薩爾·馬爾克斯-陳;張華杰;趙彥峰;錢蘊知;劉曉;冒金陽;馮趙丹;王榮坤;吳霖
• 申請（專利權）人: 南京醫科大學
• 主分類號: A63B23/12
• 分類號: A63B23/12;A63B71/06
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李娜

1.一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：包括硬件系統和軟件系統，所述硬件系統包括Sphero球形機器人、終端電腦、帶支架的攝像頭和場景坐標紙，所述Sphero球形機器人通過內置的藍牙通信模塊與終端電腦連接，所述帶支架的攝像頭通過USB端口與終端電腦連接，所述帶支架的攝像頭置于場景坐標紙一側并使攝像頭垂直照射場景坐標紙，所述Sphero球形機器人置于場景坐標紙上，所述軟件系統包括Visual Studio開發模塊、OpenCV機器視覺庫模塊、GUI界面輸入模塊和Sphero機器人識別追蹤模塊。

2.根據權利要求1所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述OpenCV機器視覺庫模塊、GUI界面輸入模塊和Sphero機器人識別追蹤模塊是基于Visual Studio開發模塊實現的，所述OpenCV機器視覺庫模塊為Sphero球形機器人提供識別視覺數據，所述GUI界面輸入模塊輸入患者信息并選擇訓練模式和訓練數據的查詢，所述Sphero機器人識別追蹤模塊采用了霍夫圓檢測實現機器人識別追蹤。

3.根據權利要求1所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述Sphero球形機器人內置藍牙通信模塊、三軸轉速陀螺模塊、三軸加速計模塊和電源模塊，所述Sphero球形機器人還包含開放的API平臺，用于控制Sphero球形機器人的左驅和右驅車輪的動力、運動軌跡、RGBLED燈光顏色值和數據交流。

4.根據權利要求1所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述帶支架的攝像頭為廣角攝像頭且朝下取像，所述帶支架的攝像頭高度調整至讓場景坐標紙鋪滿帶支架的攝像頭取像范圍，所述場景坐標紙是根據我國成年男性和成年女性的平均身高設置的。

5.根據權利要求1所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述GUI界面輸入模塊包括主界面和訓練數據界面，所述主界面用于輸入患者的ID號，然后選擇藍牙連接控制Sphero球形機器人，并連接帶支架的攝像頭，最后選擇訓練難度和訓練次數即可開始訓練；點擊主界面的查詢鈕進入訓練數據界面，在訓練數據界面查詢用戶三個月以內的所有訓練數據。

6.根據權利要求2所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述霍夫圓檢測原理是通過獲取Sphero球形機器人圖像的圓的位置來實現識別跟蹤的，具體分為兩步，第一步是檢測圓心，第二步是估算半徑。

7.根據權利要求6所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述第一步檢測圓心，先通過帶支架的攝像頭獲取視頻流，然后讀取視頻并按幀保存，再對圖像進行二值化處理和中值濾波處理，處理后的圖像進行canny邊緣檢測，運用sobel算子計算圖形的x，y方向上的梯度，之后初始化圓形空間N(a，b)，在二維霍夫空間內繪出所有圖形的梯度直線并進行累加，最后經過統計排序N(a，b)后得到可能的圓心。

8.根據權利要求6所述的一種基于Sphero球形機器人上肢居家康復系統，其特征在于：所述第二步估算半徑，先計算其中一個圓刀所有圓周的距離，再根據要檢測的圓的大小設定兩個閾值，定義圓的半徑范圍，然后對保留下來的距離進行排序，初始化半徑空間R，遍歷邊緣圖中所有非0點，對于所有滿足的半徑r有N(r)+＝1，最后得到估算的半徑值。