專利名稱：語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于腦卒中造成的上肢功能障礙康復(fù)訓(xùn)練裝置，尤其是一種應(yīng)用于腦癱、外傷、高位截癱、周圍神經(jīng)損傷等引起的上肢功能障礙的康復(fù)訓(xùn)練裝置。
背景技術(shù)：
國務(wù)院2006年抽樣調(diào)查表明，我國僅腦卒中幸存患者就有600多萬，其中偏癱、 行走能力喪失是最主要的后遺癥。腦卒中后大約有85%患者伴有上肢功能缺損，他們中的 55-75%患者在發(fā)病后3 - 6個(gè)月仍伴有上肢功能障礙，研究腦卒中后上肢功能的恢復(fù)問題已成為臨床康復(fù)領(lǐng)域中最富有挑戰(zhàn)性的課題。目前上述上肢功能障礙主要采用強(qiáng)制性運(yùn)動(dòng)療法(Cl)、運(yùn)動(dòng)想象(MI)療法、神經(jīng)訓(xùn)導(dǎo)療法、生物反饋療法、EMG-stim療法、CPM療法等， 但上述療法都存在不同程度的局限性。由于許多患者存在初期表面肌電喪失、上肢功能嚴(yán)重障礙等問題，因此肌電生物反饋療法、EMG-stim療法等難以應(yīng)用，另外CPM療法需要操作設(shè)備，嚴(yán)重功能障礙患者需要專門人員協(xié)助，因此如果能把語音控制技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)控制與輔助觸發(fā)，將對(duì)改進(jìn)上述康復(fù)訓(xùn)練問題具有實(shí)際意義。另一方面，研發(fā)一種能綜合利用主要治療新方法并適應(yīng)多種上肢功能障礙的新型康復(fù)治療系統(tǒng)，也將對(duì)提高我國腦卒中患者上肢功能障礙康復(fù)水平、促進(jìn)我國上肢康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備的創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是要提供一種語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，該裝置用語音信號(hào)控制上肢連續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練(CPM)，使患者能夠通過說出控制命令即可自主控制上肢功能綜合康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)完成上肢的CPM訓(xùn)練。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括主控模塊、CPM運(yùn)動(dòng)模塊、語音模塊以及控制面板，其特點(diǎn)是用戶通過控制面板選擇語音操作模式后，發(fā)出語音命令，通過麥克風(fēng)傳遞至語音模塊，語音模塊經(jīng)過接收、分析后匹配至相關(guān)的控制命令請(qǐng)求，傳送給主控模塊，主控模塊將請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制命令傳送至CPM運(yùn)動(dòng)模塊，從而帶動(dòng)患者上肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。1、主控模塊由PC機(jī)、輸入設(shè)備、通訊設(shè)備、控制程序四大部分組成，用戶通過PC 機(jī)和控制程序選擇訓(xùn)練模式、時(shí)間、強(qiáng)度、系統(tǒng)操作方式、記錄病歷后，輸入設(shè)備接收輸入裝置、語音模塊、CPM運(yùn)動(dòng)模塊傳送的反饋信息，并進(jìn)行處理后向人機(jī)交互顯示器、語音模塊、 CPM運(yùn)動(dòng)模塊發(fā)出控制命令。2、CPM運(yùn)動(dòng)模塊由控制模塊，腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，減速機(jī)構(gòu)，佩帶裝置組成，控制模塊用于接收系統(tǒng)主控模塊的控制命令，并輸出控制信號(hào)給腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，腕、 肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)后將動(dòng)力經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)傳遞至佩帶裝置，由佩帶裝置帶動(dòng)患者肢體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型利用語音識(shí)別技術(shù)，使患者能夠通過說出控制命令即可自主控制上肢功能綜合康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)完成上肢的CPM訓(xùn)練，而不需要康復(fù)醫(yī)生時(shí)刻陪同。與以往的上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)相比，本發(fā)明的語音控制上肢CPM增強(qiáng)了患者在康復(fù)訓(xùn)練過程中的參與度，尤其在偏癱初始，患者處于軟癱期，語音識(shí)別技術(shù)可以很好的幫助患者獨(dú)自進(jìn)行CPM訓(xùn)練。這樣由患者自主控制康復(fù)訓(xùn)練的過程，能夠使患者更主動(dòng)地參與到康復(fù)訓(xùn)練中，有助于神經(jīng)感官與肢體運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的重新建立，有助于康復(fù)效果的提升，同時(shí)該創(chuàng)新之舉還為系統(tǒng)提供語音交互功能，使患者能更好的理解康復(fù)訓(xùn)練的目的，建立康復(fù)訓(xùn)練與實(shí)際生的聯(lián)系， 幫助患者更快的回歸生活、回歸工作。

圖1是基于語音信號(hào)控制的上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是基于語音信號(hào)控制的上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)例控制流程圖；圖3是語音信號(hào)處理模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖4是CPM運(yùn)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。本實(shí)用新型主要功能是語音信號(hào)控制上肢連續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練(CPM)。語音識(shí)別技術(shù)與上肢功能康復(fù)訓(xùn)練結(jié)合是本發(fā)明的一大創(chuàng)新之處。語音識(shí)別技術(shù)為系統(tǒng)提供語音控制功能，與以往的按鍵式操作并存。語音信號(hào)控制上肢連續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練是指利用麥克風(fēng)采集患者說出的語音指令，包括肘關(guān)節(jié)伸展、肘關(guān)節(jié)屈曲、肩關(guān)節(jié)伸展、肩關(guān)節(jié)屈曲、肩關(guān)節(jié)內(nèi)收、肩關(guān)節(jié)外展六個(gè)控制命令，再通過語音控制模塊對(duì)其分析、識(shí)別，從而執(zhí)行相應(yīng)的訓(xùn)練動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)上肢三個(gè)自由度的CPM訓(xùn)練。本實(shí)用新型中的語音信號(hào)控制上肢連續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練(CPM)通過以下四種方式實(shí)現(xiàn)(1)能夠識(shí)別使用者通過聲音發(fā)出的訓(xùn)練控制命令，實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度、肘關(guān)節(jié)一個(gè)自由度、肩關(guān)節(jié)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。(2)能都通過語音控制調(diào)節(jié)CPM運(yùn)動(dòng)模塊電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度。(3)患者能夠自行設(shè)定各種系統(tǒng)命令對(duì)應(yīng)的語音控制命令，話語含糊不清的患者也能方便使用。(4)能夠響應(yīng)相關(guān)的系統(tǒng)操作語音命令，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，如開始訓(xùn)練、停止訓(xùn)練、 選擇訓(xùn)練項(xiàng)目等。(5)能夠進(jìn)行語音交互功能，如向患者提問，回答患者問題等交互功能。如圖1所示，本實(shí)用新型的語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括主控模塊6、CPM 運(yùn)動(dòng)模塊5、語音模塊2以及控制面板4。各個(gè)功能模塊由主控模塊6調(diào)節(jié)配合，各自完成相應(yīng)功能。(1)主控模塊6主控模塊6主要負(fù)責(zé)調(diào)配各個(gè)系統(tǒng)模塊協(xié)同工作，由PC機(jī)、輸入設(shè)備、通訊設(shè)備、 控制軟件四大部分組成。主控模塊6的運(yùn)作由控制軟件決定，用戶可以通過控制軟件選擇訓(xùn)練模式、時(shí)間、強(qiáng)度、系統(tǒng)操作方式、記錄病歷等。主控模塊6是本系統(tǒng)的核心控制端，接收輸入裝置、語音模塊2、CPM運(yùn)動(dòng)模塊5傳送的反饋信息，并進(jìn)行處理后向相應(yīng)的被控模塊(包括人機(jī)交互顯示器1、語音模塊2、CPM運(yùn)動(dòng)模塊5)發(fā)出控制命令。在發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，如附圖1所示，用戶通過控制面板4選擇系統(tǒng)操作方式，可選手動(dòng)操作與語音操作兩種模式。在選擇語音操作的模式下，用戶說出的語音命令，通過麥克風(fēng)3傳遞至語音模塊2，語音模塊2經(jīng)過接收、分析后匹配至相關(guān)的控制命令請(qǐng)求，傳送給主控模塊6，主控模塊6將請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制命令傳送至CPM運(yùn)動(dòng)模塊5，從而帶動(dòng)患者上肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。控制流程設(shè)計(jì)見附圖2，語言控制命令輸入單步動(dòng)作或計(jì)劃動(dòng)作給無線麥克風(fēng)，如單步動(dòng)作，無線麥克風(fēng)輸出“肩外展”，“肘伸”，一一 “肩伸展”等語音控制命令給語音模塊，如計(jì)劃動(dòng)作，無線耳麥輸出“計(jì)劃一”——“計(jì)劃N”語音控制命令給語音模塊，語音模塊將傳入處理結(jié)果送至 PC機(jī)主控系統(tǒng)，PC機(jī)主控系統(tǒng)將計(jì)算電機(jī)補(bǔ)償力輸出電機(jī)控制參數(shù)，轉(zhuǎn)矩、位置、速度等傳給關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)人體肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)電機(jī)，帶動(dòng)人體肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)人體肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)電機(jī)將反饋轉(zhuǎn)矩、位置、速度信息給關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)人體肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正；另外，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將機(jī)械臂參數(shù)、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩、終端位置、速度經(jīng)VRP虛擬現(xiàn)實(shí)軟件輸出實(shí)時(shí)變化的三維環(huán)境、聲音、力回饋信號(hào)給人體感官系統(tǒng)。(2)語音模塊2語音模塊2負(fù)責(zé)處理使用者發(fā)出的語音控制命令。能夠?qū)崟r(shí)采集患者發(fā)出的語音控制命令，并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的控制命令進(jìn)行輸出進(jìn)而控制CPM運(yùn)動(dòng)模塊5運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用實(shí)例中，如圖3所示，語音模塊2由IO通訊模塊7、語音處理電路9、語音信號(hào)處理芯片8、麥克風(fēng)3 (語音信號(hào)采集模塊)組成。IO通訊模塊7負(fù)責(zé)語音模塊2與主控模塊6之間控制命令的傳遞與信息的溝通，語音信號(hào)處理芯片8負(fù)責(zé)分析語音信號(hào)，匹配語音模塊等運(yùn)算工作；語音處理電路9負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)語音處理芯片8與存儲(chǔ)器等硬件資源的互相通訊；麥克風(fēng)3 (語音信號(hào)采集模塊)負(fù)責(zé)采集語音信號(hào)及發(fā)出語音命令。如圖2所示，在實(shí)例中，患者則可以根據(jù)自身的感受，在合適的時(shí)間通過麥克風(fēng) (語音信號(hào)采集模塊)發(fā)出語音控制命令，如說出“開始肘屈”命令。該命令通過語音模塊處理后轉(zhuǎn)換成肘關(guān)節(jié)屈曲的控制信號(hào)通過通訊部件傳遞給主控模塊，有主控模塊控制CPM運(yùn)動(dòng)模塊中的肘關(guān)節(jié)電機(jī)模塊開始工作，完成屈肘動(dòng)作。同理可完成肩關(guān)節(jié)收展、腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作；患者可說出“停止肘屈”命令，使CPM運(yùn)動(dòng)模塊停止工作，從而控制CPM持續(xù)時(shí)間； 在CPM過程中，患者可以說出“加強(qiáng)”或“減弱”等控制命令來控制CPM運(yùn)動(dòng)模塊各關(guān)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度。(3) CPM 運(yùn)動(dòng)模塊 5CPM運(yùn)動(dòng)模塊5負(fù)責(zé)固定患者上肢、帶動(dòng)患者上肢進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)組成如圖4 所示，其主要由控制模塊14，腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)10，11，12，減速機(jī)構(gòu)13，佩帶裝置14組成。其中，控制模塊14負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)主控模塊6的控制命令，并輸出控制信號(hào)給腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)10，11，12，腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)10，11，12，啟動(dòng)后將動(dòng)力經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)13 傳遞至佩帶裝置15，由佩帶裝置15帶動(dòng)患者肢體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
權(quán)利要求1.一種語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括主控模塊(6)、CPM運(yùn)動(dòng)模塊(5)、語音模塊(2)以及控制面板(4)，其特征在于所述語音模塊(2)通過麥克風(fēng)(3)接受語音指令信號(hào)，語音模塊(2)處理語音指令信號(hào)后發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)給主控模塊(6)，主控模塊(6)處理請(qǐng)求信號(hào)后輸出控制信號(hào)到CPM運(yùn)動(dòng)模塊(5)，從而帶動(dòng)患者上肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于所述主控模塊(6)由PC機(jī)、輸入設(shè)備、通訊設(shè)備、控制程序四大部分組成，輸入設(shè)備接收輸入裝置、語音模塊(2)、CPM運(yùn)動(dòng)模塊(5)傳送的反饋信號(hào)，處理后輸出控制信號(hào)到人機(jī)交互顯示器(1)、 語音模塊(2 )和CPM運(yùn)動(dòng)模塊(5 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于所述CPM運(yùn)動(dòng)模塊(5)由控制模塊(14)，腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(10，11，12)，減速機(jī)構(gòu)(13)，佩帶裝置 (15)組成，控制模塊(14)接收系統(tǒng)主控模塊(6)的控制命令后輸出控制信號(hào)給腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(10，11，12)，腕、肘、肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(10，11，12)啟動(dòng)后將動(dòng)力經(jīng)過減速機(jī)構(gòu) (13)傳遞至佩帶裝置(15)，由佩帶裝置(15)帶動(dòng)患者肢體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種語音控制上肢功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括主控模塊、CPM運(yùn)動(dòng)模塊、語音模塊以及控制面板。用戶通過控制面板選擇語音操作模式后，發(fā)出語音命令，通過麥克風(fēng)傳遞至語音模塊，語音模塊經(jīng)過接收、分析后匹配至相關(guān)的控制命令請(qǐng)求，傳送給主控模塊，主控模塊將請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制命令傳送至CPM運(yùn)動(dòng)模塊，從而帶動(dòng)患者上肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)用語音信號(hào)控制上肢連續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練(CPM)，使患者能夠通過說出控制命令即可自主控制上肢功能綜合康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)完成上肢的CPM訓(xùn)練。
文檔編號(hào)A61H1/02GK202027876SQ201020669018
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者喻洪流, 徐兆紅, 易金花, 簡卓, 顧余輝 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)