本發(fā)明涉及一種上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，更具體地說是用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人主要運(yùn)用于上肢偏癱患者的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練治療，但現(xiàn)有的上肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練過程較為枯燥乏味；具科學(xué)研究證明，

因此，有必要為訓(xùn)練者在康復(fù)訓(xùn)練過程中建立一個(gè)交互系統(tǒng)，以提高訓(xùn)練者的訓(xùn)練的積極性和整體康復(fù)訓(xùn)練效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)，包括可多維度旋轉(zhuǎn)的上肢訓(xùn)練機(jī)器人，用于與上肢訓(xùn)練機(jī)器人進(jìn)行信息交互的上位機(jī)，用于顯示交互信息的交互界面；所述上肢訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)有用于捕獲上肢運(yùn)動(dòng)形態(tài)的檢測裝置，所述上位機(jī)包括用于生成虛擬場景的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊，所述檢測裝置將采集到上肢運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)通過人工智能算法將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)特征，并與虛擬場景結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述交互界面與所述上位機(jī)為一體式或分體式。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述上肢訓(xùn)練機(jī)器人通過無線wifi與所述上位機(jī)聯(lián)接。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述上位機(jī)為計(jì)算機(jī)。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述檢測裝置包括設(shè)于所述上肢訓(xùn)練機(jī)器人的微型慣性傳感器模塊、交互力采集模塊、微處理器；

所述微型慣性傳感器模塊包括：用于捕獲上肢運(yùn)動(dòng)信號(hào)的加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)：所述上肢運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括前臂和后臂的擺動(dòng)軌跡、朝向以及肩關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展、肩關(guān)節(jié)屈/伸、肘關(guān)節(jié)屈/伸、前臂內(nèi)旋/外翻、腕關(guān)節(jié)屈/伸的運(yùn)動(dòng)；

所述交互力采集模塊，用于采集上肢與康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的交互力數(shù)據(jù)；

所述微處理器，用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，并發(fā)送至上位機(jī)。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述上位機(jī)包括用于實(shí)現(xiàn)不同交互模式的控制裝置，所述控制裝置包括力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊；所述交互模式分為主動(dòng)控制模式、被動(dòng)控制模式、主被動(dòng)控制模式；

所述主動(dòng)控制模式，通過所述交互力采集模塊和微型慣性傳感器模塊采集到上肢在安全范圍內(nèi)的活動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理轉(zhuǎn)換為具體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與所述虛擬現(xiàn)實(shí)模塊產(chǎn)生的虛擬場景結(jié)合，并發(fā)送指令至力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊，以控制上肢訓(xùn)練機(jī)器人跟隨訓(xùn)練者的上肢運(yùn)動(dòng)；

所述被動(dòng)控制模式，所述上位機(jī)通過虛擬現(xiàn)實(shí)模塊產(chǎn)生的虛擬場景的設(shè)定運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊控制上肢訓(xùn)練機(jī)器人帶動(dòng)上肢對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行還原；

所述主被動(dòng)控制模式，通過交互力采集模塊和微型慣性傳感器模塊采集到上肢的力度和關(guān)節(jié)活動(dòng)度的數(shù)據(jù)信息，將所述數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上位機(jī)，所述上位機(jī)將數(shù)據(jù)信息與虛擬現(xiàn)實(shí)模塊所述產(chǎn)生的虛擬場景中所需控制量進(jìn)行對(duì)比，得出控制量，所述上位機(jī)根據(jù)所述控制量發(fā)送指令至力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊，以控制上肢訓(xùn)練機(jī)器人為上肢提供運(yùn)動(dòng)路徑和輔助力。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：本發(fā)明用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)中設(shè)有上肢訓(xùn)練機(jī)器人和上位機(jī)，上位機(jī)將訓(xùn)練者的運(yùn)動(dòng)特征與設(shè)有的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊建立得虛擬場景相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，增加訓(xùn)練過程的趣味性及訓(xùn)練的主動(dòng)性；另外，有多重交互模式，可根據(jù)訓(xùn)練者的自身情況訓(xùn)著不同的訓(xùn)練模式，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的訓(xùn)練。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)具體實(shí)施例中的上肢康復(fù)機(jī)器人。

具體實(shí)施方式

為了更充分理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步介紹和說明，但不局限于此。

請(qǐng)參閱圖1、圖2，本發(fā)明用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)，包括五自由維度旋轉(zhuǎn)的上肢訓(xùn)練機(jī)器人，用于與上肢訓(xùn)練機(jī)器人進(jìn)行信息交互的上位機(jī)，用于顯示交互信息的交互界面；上肢訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)有用于捕獲上肢運(yùn)動(dòng)形態(tài)的檢測裝置，上位機(jī)包括用于生成虛擬場景的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊，檢測裝置將采集到上肢運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)通過人工智能算法將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)特征，并與虛擬場景結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。具體的，上位機(jī)為計(jì)算機(jī)，交互界面與計(jì)算機(jī)為分體式的，交互界面采用led液晶顯示屏，優(yōu)選地，上肢訓(xùn)練機(jī)器人通過無線wifi與上位機(jī)聯(lián)接，兩者可徹底分離，不受空間位置的限制。

進(jìn)一步的，檢測裝置包括設(shè)于上肢訓(xùn)練機(jī)器人的微型慣性傳感器模塊、交互力采集模塊、微處理器；其中，微型慣性傳感器模塊包括：用于捕獲上肢運(yùn)動(dòng)信號(hào)的加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)：上肢運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括前臂和后臂的擺動(dòng)軌跡、朝向以及肩關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展、肩關(guān)節(jié)屈/伸、肘關(guān)節(jié)屈/伸、前臂內(nèi)旋/外翻、腕關(guān)節(jié)屈/伸的運(yùn)動(dòng)；交互力采集模塊，用于采集上肢與康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的交互力數(shù)據(jù)；微處理器，用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，并發(fā)送至上位機(jī)。

進(jìn)一步的，上位機(jī)包括用于實(shí)現(xiàn)不同交互模式的控制裝置，控制裝置包括力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊；交互模式分為主動(dòng)控制模式、被動(dòng)控制模式、主被動(dòng)控制模式。

其中，主動(dòng)控制模式，通過交互力采集模塊和微型慣性傳感器模塊采集到上肢在安全范圍內(nèi)的活動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理轉(zhuǎn)換為具體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與虛擬現(xiàn)實(shí)模塊產(chǎn)生的虛擬場景結(jié)合，并發(fā)送指令至力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊，以控制上肢訓(xùn)練機(jī)器人跟隨訓(xùn)練者的上肢運(yùn)動(dòng)。

被動(dòng)控制模式，上位機(jī)通過虛擬現(xiàn)實(shí)模塊產(chǎn)生的虛擬場景的設(shè)定運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊控制上肢訓(xùn)練機(jī)器人帶動(dòng)上肢對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行還原，此模式無需上肢提供力，完全由上肢訓(xùn)練機(jī)器人帶動(dòng)上肢運(yùn)動(dòng)；

主被動(dòng)控制模式，通過交互力采集模塊和微型慣性傳感器模塊采集到上肢的力度和關(guān)節(jié)活動(dòng)度的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)將數(shù)據(jù)信息與虛擬現(xiàn)實(shí)模塊產(chǎn)生的虛擬場景中所需控制量進(jìn)行對(duì)比，得出控制量，上位機(jī)根據(jù)控制量發(fā)送指令至力矩控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊，以控制上肢訓(xùn)練機(jī)器人為上肢提供運(yùn)動(dòng)路徑和輔助力，該模式中，是主動(dòng)控制模式和被動(dòng)控制模式的兩種運(yùn)動(dòng)過程的集合。

具體地，主動(dòng)控制模式、被動(dòng)控制模式、主被動(dòng)控制模式的虛擬場景均為游戲場景，訓(xùn)練者通過玩游戲的過程對(duì)上肢進(jìn)行了訓(xùn)練，增加了訓(xùn)練趣味性。

于其它實(shí)施例中，交互界面與上位機(jī)為一體式。

于其它實(shí)施例中，交互界面采用3d顯示界面。

綜合上述：本發(fā)明用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的人機(jī)交互系統(tǒng)中設(shè)有上肢訓(xùn)練機(jī)器人和上位機(jī)，上位機(jī)將訓(xùn)練者的運(yùn)動(dòng)特征與設(shè)有的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊建立得虛擬場景相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，增加訓(xùn)練過程的趣味性及訓(xùn)練的主動(dòng)性；另外，有多重交互模式，可根據(jù)訓(xùn)練者的自身情況訓(xùn)著不同的訓(xùn)練模式，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的訓(xùn)練。

上述僅以實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以便于讀者更容易理解，但不代表本發(fā)明的實(shí)施方式僅限于此，任何依本發(fā)明所做的技術(shù)延伸或再創(chuàng)造，均受本發(fā)明的保護(hù)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。