[發明專利]一種手腕康復器的鏡像控制方法及控制系統

在審

• 申請號: 202210254858.5
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114631980A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 瞿暢;張文波
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A63B23/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及康復器控制技術領域，尤其涉及一種手腕康復器的鏡像控制方法及控制系統，包括AzureKinect傳感器、主控計算機、路由器、PLC及PLC模擬量輸入模塊、氣源和電氣比例閥、姿態傳感器和氣壓傳感器、以及三自由度手腕康復器。本發明將手腕康復器穿戴在患者患肢上，由醫師在上位機下達系統啟動指令，健肢手腕執行掌屈/背伸或尺偏/橈偏的康復訓練動作，AzureKinect捕捉健肢腕關節、肘關節、掌心、指尖的空間坐標并發送至上位機，經過霍爾特濾波、骨長約束處理后計算出健肢手腕的運動角度，并將該角度通過Snap?7協議傳輸給PLC；PLC根據收到的脈沖大小分別控制每個電氣比例閥的開合程度，定量的控制手腕康復器中的氣動人工肌肉伸長或縮短，帶動患肢執行健肢相同的動作。

技術領域

本發明涉及康復器控制技術領域，尤其涉及一種手腕康復器的鏡像控制方法及控制系統。

背景技術

腦卒中又名中風，每年影響全世界約1600萬人，腦卒中主要通過破壞神經細胞、損害神經系統，對人體造成不可逆轉的損害。在中低收入國家，只有30％的中風患者幸存下來，而幸存患者也往往伴有全身或部分身體的偏癱，尤其是上肢(手肘、手腕、手指)的無法伸展，這將導致幸存患者生活無法自理，嚴重降低生活質量，甚至產生抑郁、厭世的想法。對幸存患者患肢功能的恢復是醫學的挑戰也是對生命的尊重。在傳統的醫學康復中主要是對患者患肢(手腕)進行重復刺激訓練和一定強度的特定任務訓練，由于手腕康復機器人具有無疲勞、重復性、多樣化的優點，因此可以提供高強度的重復訓練，并且可分別提供一、二、三自由度的康復訓練。機器人康復治療已經成為腦卒中患者肢體功能恢復的有效方案。

目前，手腕康復機器人主要有外骨骼式和末端牽引式，外骨骼式機器人有著與人手臂類似的結構，通過多個位置附著到人類手臂的側面，進而對每個獨立的關節進行控制，所以其具有更高的精準性和可靠性，因此受到了更廣泛的歡迎?，F有的手腕外骨骼康復器主要對患者進行被動訓練，缺乏自主意識。被動訓練是預先設立一套固定的運動模式，患者只能在此模式下機械式的訓練。而單純的被動訓練不僅恢復效果差，而且極易使患者產生枯燥抵觸的情緒。另外，少數采用主動控制的手腕外骨骼康復機器人，主要是通過采集健肢的肌電信號或腦電波等生理信號實現了患者的主動參與。但這需要穿戴復雜的傳感設備，降低了患者的舒適性，而且信號的采集與傳輸并不十分精準，致使手腕康復機器人操作失誤造成人體二次損傷。

而有研究表明，在腦前區皮質、后頂葉、顳葉上方的溝回區和腦島處，均分布有鏡像神經元系統，該系統對健肢動作進行觀察(或想象)，可以激活患肢類似的動作，因此有專家通過讓患者健康肢體的運動帶動受損肢體的運動設計鏡像康復以幫助患者重建自主運動功能。使用鏡像康復可以增加患者的主觀參與程度，提高患者的訓練積極性，不會因為機械式的訓練而產生枯燥或抵觸的情緒。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種手腕康復器的鏡像控制方法及控制系統，使得患者可以根據自身情況自主的進行適量適度的訓練，非常的人性化，根據鏡像康復理論，患者主動的參與可更好的激活患肢神經元系統，重建患肢的運動功能，同時自主訓練還可提高患者的訓練興趣和積極性。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種手腕康復器的鏡像控制方法，具體步驟如下：

步驟一、由Azure Kinect實時捕捉患者健肢肘關節、腕關節、掌心、指尖的三維空間坐標，捕捉時長為100幀；

步驟二、對每一幀數據進行霍爾特雙參數指數平滑處理，霍爾特雙參數指數平滑公式如下：

S_t＝αY_t+(1-α)(S_t-1+B_t-1) (1)

B_t＝β(S_t-S_t-1)+(1-β)B_t-1 (2)