便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，手機端通過語音或按鍵的控制方式選擇不同的訓練模式；手機端通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，單片機根據(jù)數(shù)據(jù)選擇不同的訓練模式；導聯(lián)連接異常檢測信號、肌電采集模塊采集肌電信號、疲勞判斷模塊檢測信號和旋轉角度傳感器采集運動角度數(shù)據(jù)送到單片機，單片機根據(jù)采集捕獲的特征值發(fā)送不同信號給驅動電路，驅動芯片再驅動電機，完成相應動作。按此方法設計的裝置小巧，易于穿戴和隨身攜帶，有一定的助殘作用。
【專利說明】便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設備控制方法，特別涉及一種便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法。

【背景技術】
[0002]語音信號是一種頻率分布在20HZ?4KHZ的音頻信號。可用一條連續(xù)的曲線來表示。語音的三個要素重要參數(shù):頻率，幅度和相位，決定了語音信號的特征。時至今日，語音信號已能識別的非常準確，是一種理想的控制方法。
[0003]藍牙，是一種支持設備短距離通信的無線電技術。能在移動終端之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠簡化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。藍牙傳輸能準確保證手機端和單片機端的通信準確率，給本控制方法提供了一種可靠的通信方式。
[0004]肌電信號是肌肉運動時產(chǎn)生的生理電信號。表面肌電信號是指在皮膚表面采集到的肌電信號，是人體淺層肌肉和神經(jīng)運動的綜合結果。其主要特點有:一是信號幅度小。通常在幾十微伏。二是信號頻率位于低頻范圍(10Hz-500Hz)。雖然肌電信號的幅度很小，但是它包含的豐富的信息，這些信息包括人手發(fā)出的動作模式、動作速度大小等。通過時域信息和快速傅里葉變換之后觀察的頻域信息，可以方便的識別出患者的部分意圖，和是一種可靠的控制方法。
[0005]市面上絕大多數(shù)的康復上肢訓練裝置為臺式或固定式，動力來源為氣泵。這就導致了裝置體型大而笨重，離不開氣站工作，不方便穿戴和便攜。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明是針對現(xiàn)在康復機器人訓練模式單一，康復效果不佳的問題，提出了一種便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，滿足各階段患者需求?；颊呖梢愿鶕?jù)自己的意愿來通過改變控制方式實現(xiàn)不同功能需求，給使用者帶來了極大的方便。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:一種便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，手機端通過語音或按鍵的控制方式選擇不同的訓練模式；
手機端通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，單片機根據(jù)數(shù)據(jù)選擇不同的訓練模式；
導聯(lián)連接異常檢測信號、肌電采集模塊采集肌電信號、疲勞判斷模塊檢測信號和旋轉角度傳感器采集角度信息送到單片機，單片機根據(jù)采集捕獲的特征值發(fā)送不同信號給驅動電路，驅動芯片再驅動電機，完成相應動作。
[0008]所述訓練模式包括被動訓練模式、對側訓練、主動訓練模式；
被動訓練模式:在手機端完成抬臂或者是放臂的控制；
對側訓練:在手機端選擇對側訓練，通過健康側手臂的運動，映射指令驅動偏癱側手臂的運動；
主動訓練:在手機端選擇從動訓練，在偏癱側手臂貼上肌電電極，捕捉微弱肌電信號以驅動康復機器人完成抬臂或者放臂動作。
[0009]所述被動訓練模式，則單片機僅受手機端控制:手機通過按鍵或語音給單片機上升、下降指令，停止指令。
[0010]所述肌電采集模塊通過肌電電極采集肌電信號，肌電信號通過高輸入阻抗儀表放大器進行阻抗匹配和差分放大，后經(jīng)過二階巴特沃斯低通濾波器和二階高通濾波器完成濾波，然后經(jīng)過50HZ點阻濾波器抑制工頻干擾，最后再經(jīng)過增益調節(jié)放大器輸送給單片機。
[0011]所述疲勞判斷模塊檢測肌電信號頻譜的中位頻率向低頻段偏移量來進行疲勞判斷。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，按此方法設計的裝置小巧，易于穿戴和隨身攜帶，有一定的助殘作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明控制方法中控制、驅動、采集信號的示意圖；
圖2為本發(fā)明控制方法中肌電信號采樣的原理圖；
圖3為本發(fā)明便攜式肘關節(jié)康復機器人示意圖。

【具體實施方式】
[0014]如圖1所示控制、驅動、采集信號的原理圖，在手機端安裝相應的應用軟件，在手機端，可以通過語音和按鍵的控制方式選擇不同的訓練模式。訓練方式包括被動訓練模式104和對側訓練/主動訓練模式105。被動訓練模式:在手機端完成抬臂或者是放臂的控制。對側訓練:在手機端選擇對側訓練，通過健康側手臂的運動，采集健康側手臂的運動信號，映射指令驅動偏癱側手臂的運動。主動訓練:在手機端選擇從動訓練，在偏癱側手臂貼上肌電電極，捕捉微弱肌電信號以驅動康復機器人完成抬臂或者放臂動作。
[0015]所述語音控制方式通過調用第三方語音庫，手機端101捕捉語音信號后上傳云端進行分析匹配，返回字符串信號后，通過藍牙102發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機103，單片機103根據(jù)不同的語音信號選擇不同的訓練模式。
[0016]如果單片機收到的指令是對側訓練/主動訓練模式105，則單片機開始采集肌電信號。良好的肌電采集模塊107的引入是肌電控制假手的首要前提，如圖2所示為肌電信號采樣的原理圖。首先通過肌電電極201采集肌電信號，高輸入阻抗儀表放大器202的作用是阻抗匹配和差分放大。共模抑制電路203具有高共模抑制比，對來自高輸入阻抗緩沖放大器202輸出的差分信號進行放大得到單端輸出信號，后經(jīng)過二階巴特沃斯低通濾波器204和二階高通濾波器205完成濾波。50HZ陷波器選擇點阻濾波器206，點阻濾波器有中心頻率可調且不影響衰減深度的特性，方便微調。最后再經(jīng)過增益調節(jié)放大器207，控制放大倍數(shù)在一個合適的范圍內，最終輸送給單片機103。單片機103在獲得肌電信號后，對其進行相應處理。首先判斷接入的肌電信號是否正常。通過對異常值的比較，確定導聯(lián)是否連接正常，如果連接異常，則返回給手機端異常值，手機端通過語音告訴使用者導聯(lián)連接異常106。若導聯(lián)連接正常，則開始正常的采樣分析:通過時域一頻域的分析，獲取相應動作的特征值。同時進行疲勞檢測108。疲勞判斷是通過肌電信號頻譜的中位頻率向低頻段偏移實現(xiàn)的。如果檢測到疲勞，則返回給手機端異常值，手機端通過語音告訴使用者已進入疲勞狀態(tài)。如果使用者連接導聯(lián)正常切未進入疲勞狀態(tài)，則進入正常的使用狀態(tài)。在訓練時，角度傳感器109實時采集旋轉角度，以確保系統(tǒng)運行在一個安全的范圍內。單片機103根據(jù)實施捕獲的特征值發(fā)送不同信號給驅動電路110，驅動芯片再驅動電機，完成相應動作。
[0017]所述的肌電識別方法是通過時域一頻域分析的方法，通過時域特征和頻域特征的共同分析，給出標準曲臂和放臂的特征量，只有使用者的肌電信號滿足該特征量時，才驅動康復機器人完成相應動作。
[0018]系統(tǒng)通過旋轉角度傳感器109實時采樣，保證肘關節(jié)機械結構的旋轉角度在安全范圍內。兩路ADC通道捕獲肌電信號，通過FFT變換獲得頻域信息，繼而獲得積分值，峰峰值，中位頻率等信息，對不同的動作進行模擬和比較，最終確定使用者的意圖，并通過驅動電機表達出來。整個系統(tǒng)通過遠程藍牙終端控制。
[0019]手機端101通過藍牙102和單片機103進行連接。在手機端101上，可以選擇兩種控制方法，分別為語音控制和按鍵控制。語音控制通過采集語音流，手機端捕捉語音信號后上傳云端進行分析匹配，返回字符串信號后，手機端進行識別并發(fā)送給單片機。按鍵控制即通過不同的按鍵發(fā)送被動訓練、主動訓練、對側訓練的指令給單片機。
[0020]如果單片機收到的指令是被動訓練104，則單片機103僅受手機端控制:手機103通過按鍵給單片機上升、下降，停止指令，也可通過語音進行入語音模式。語音模式和按鍵模式可以通過手機端101切換。
[0021]如圖3所示便攜式肘關節(jié)康復機器人示意圖，301為電極導聯(lián)線，302為單片機、肌電處理模塊、303為藍牙模塊、304為電極導聯(lián)接口、305為電機架、306為電極片、307為電機、308為旋轉角度傳感器模塊。
【權利要求】
1.一種便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，其特征在于，手機端通過語音或按鍵的控制方式選擇不同的訓練模式； 手機端通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，單片機根據(jù)數(shù)據(jù)選擇不同的訓練模式； 導聯(lián)連接異常檢測信號、肌電采集模塊采集肌電信號、疲勞判斷模塊檢測信號和旋轉角度傳感器采集角度信息送到單片機，單片機根據(jù)采集捕獲的特征值發(fā)送不同信號給驅動電路，驅動芯片再驅動電機，完成相應動作。
2.根據(jù)權利要求1所述便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，其特征在于，所述訓練模式包括被動訓練模式、對側訓練、主動訓練模式； 被動訓練模式:在手機端發(fā)指令完成抬臂或者是放臂的控制； 對側訓練:在手機端選擇對側訓練，通過健康側手臂的運動，映射指令驅動偏癱側手臂的運動； 主動訓練:在手機端選擇從動訓練，在偏癱側手臂貼上肌電電極，捕捉微弱肌電信號以驅動康復機器人完成抬臂或者放臂動作。
3.根據(jù)權利要求2所述便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，其特征在于，所述被動訓練模式，則單片機僅受手機端控制:手機通過按鍵或語音給單片機上升、下降指令，停止指令。
4.根據(jù)權利要求1所述便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，其特征在于，所述肌電采集模塊通過肌電電極采集肌電信號，肌電信號通過高輸入阻抗儀表放大器進行阻抗匹配和差分放大，后經(jīng)過二階巴特沃斯低通濾波器和二階高通濾波器完成濾波，然后經(jīng)過50HZ點阻濾波器抑制工頻干擾，最后再經(jīng)過增益調節(jié)放大器輸送給單片機。
5.根據(jù)權利要求4所述便攜式肘關節(jié)康復機器人控制方法，其特征在于，所述疲勞判斷模塊檢測肌電信號頻譜的中位頻率向低頻段偏移量來進行疲勞判斷。
【文檔編號】A63B23/12GK104224495SQ201410523559
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權日:2014年10月8日
【發(fā)明者】曹武警, 喻洪流, 馬達, 趙偉亮, 鄒旭輝, 胡鑫, 孟巧玲 申請人:上海理工大學