康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)包括以下模塊：初始化模塊，用于對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式；環(huán)境感知模塊，用于對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式；運(yùn)動意圖感知模塊，用于在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令；動作執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作，實(shí)施該方法，能夠使得患者對康復(fù)機(jī)器人的控制和使用能夠兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還公開了一種康復(fù)機(jī)器人感知方法。
【專利說明】康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及康復(fù)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中風(fēng)、腦外傷等疾病的患者，他們由于中樞神經(jīng)受損，進(jìn)而導(dǎo)致下肢運(yùn)動障礙給他們的生活帶來了嚴(yán)重的不便，如果不能得到有效地治療，他們可能永遠(yuǎn)無法站立和行走。中樞神經(jīng)具有可塑性，及時(shí)和科學(xué)的康復(fù)治療對肢體運(yùn)動功能的恢復(fù)和提高起到非常重要的作用。
[0003]康復(fù)機(jī)器人是機(jī)器人和康復(fù)醫(yī)療相結(jié)合的新應(yīng)用，可以為下肢癱瘓患者提供科學(xué)豐富的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練效果評估指標(biāo)，成為康復(fù)治療領(lǐng)域除了傳統(tǒng)治療方法的新突破。在康復(fù)機(jī)器人平時(shí)訓(xùn)練的過程中，用于獲取外界信息的感知系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。
[0004]一篇中國專利文獻(xiàn)(CN203417440U，一種可穿戴式氣動下肢康復(fù)機(jī)器人復(fù)合感知系統(tǒng))公開了利用多種傳感器(編碼器、二維力傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、六維力傳感器)配合CAN總線來進(jìn)行復(fù)合感知的可穿戴式氣動下肢康復(fù)機(jī)器人復(fù)合感知系統(tǒng)。同時(shí)一篇中國專利文獻(xiàn)(CN103431976A，基于肌電信號反饋的下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法)公開了利用肌電信號反饋來控制下肢康復(fù)機(jī)器人的系統(tǒng)。
[0005]另一篇中國 專利文獻(xiàn)(CN102551994A，一種康復(fù)助行機(jī)器人)公開了利用紅外線傳感器、激光測距儀對周圍環(huán)境進(jìn)行感知，并進(jìn)行障礙檢測和規(guī)避，實(shí)現(xiàn)了能夠?qū)ν饨绛h(huán)境自適應(yīng)的康復(fù)助行機(jī)器人。
[0006]然而，現(xiàn)有技術(shù)中的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)無法將外界環(huán)境感知與運(yùn)動意圖感知結(jié)合，使得患者對康復(fù)機(jī)器人的控制和使用不能兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，有必要提供一種能夠兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)包括以下模塊:
初始化模塊，用于對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式；環(huán)境感知模塊，用于對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式；運(yùn)動意圖感知模塊，用于在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令；
動作執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作。
[0009]本發(fā)明提供的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，通過環(huán)境感知模塊對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式之后再對患者的運(yùn)動意圖進(jìn)行判斷，使得患者對康復(fù)機(jī)器人的控制和使用能夠兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高的優(yōu)點(diǎn)。[0010]本申請還提供一種康復(fù)機(jī)器人感知方法，所述康復(fù)機(jī)器人感知方法包括以下步驟:
51、對康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式；
52、對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式；
53、在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令；
54、根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作。
[0011]本發(fā)明提供的康復(fù)機(jī)器人感知方法，通過步驟S2對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式之后，實(shí)施步驟S3對患者的運(yùn)動意圖進(jìn)行判斷，使得患者對康復(fù)機(jī)器人的控制和使用能夠兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明 一較佳實(shí)施例提供的康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)立體圖；
圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例提供的康復(fù)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)組成示意圖；
圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例提供的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖4是圖3中初始化模塊的子結(jié)構(gòu)框圖；
圖5是圖3中環(huán)境感知模塊的子結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是圖5中環(huán)境感知單元的子結(jié)構(gòu)框圖；
圖7是圖3中運(yùn)動意圖感知模塊的子結(jié)構(gòu)框圖；
圖8是本發(fā)明一較佳實(shí)施例提供的康復(fù)機(jī)器人感知方法流程圖；
圖9是圖8中步驟SI的子流程圖；
圖10是圖8中步驟S2的子流程圖；
圖11是圖10中步驟S21的子流程圖；
圖12是圖8中步驟S3的子流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，下述【具體實(shí)施方式】以及附圖，僅為更好地理解本發(fā)明，并不對本發(fā)明做任何限制。
[0014]如圖1所示，康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要由以下部件組成:背部支撐部件1，背部吊帶2，同步齒輪3、6，驅(qū)動電機(jī)4，大腿固定部件5，小腿固定部件9，下肢機(jī)器人骨架7，電機(jī)編碼器8，腳10。
[0015]如圖2所示，康復(fù)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)組成包括外界環(huán)境傳感器11，運(yùn)動意圖感知傳感器12，主控系統(tǒng)13，驅(qū)動器以及電機(jī)14 ;其中外界環(huán)境傳感器11、運(yùn)動意圖感知傳感器12以及驅(qū)動器以及電機(jī)14分別與主控系統(tǒng)13相連。連接方式可以是通過CAN總線相連。
[0016]外界環(huán)境傳感器11可以包括超聲波傳感器、視覺傳感器、激光測距儀中的一種或幾種。超聲波傳感器可以感知是否存在障礙物，并且判斷范圍較大；視覺傳感器可以對障礙物進(jìn)行具體定位和判斷地形的判斷；激光測距儀則具有測量精度高和效率高等優(yōu)點(diǎn)。[0017]運(yùn)動意圖傳感器12可以包括腳底壓力傳感器、編碼器、陀螺儀和肌電儀。腳底壓力傳感器、編碼器和陀螺儀分別通過采集卡把采集到的信息傳到CAN總線上，并傳送到主控系統(tǒng)13上，CAN總線可以使康復(fù)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)的各部件得到其它部件的信息。肌電儀采集到的信息也可以通過LAN傳送到主控系統(tǒng)13上，并與運(yùn)動意圖傳感器12中其他各傳感器采集到的信息進(jìn)行融合。
[0018]腳底壓力傳感器優(yōu)選使用薄膜式壓力傳感器。陀螺儀主要用于對康復(fù)機(jī)器人整體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，包括各個(gè)方向的速度、加速度等信息，以便對其進(jìn)行調(diào)整。陀螺儀優(yōu)選使用三軸陀螺儀。肌電儀主要通過肌電儀的電極對患者肌電信號的采集，然后對采集的肌電信號進(jìn)行濾波、放大和抗干擾處理。
[0019]如圖1、2所示，陀螺儀可以設(shè)置在背部支撐部件I上；電機(jī)編碼器8用于驅(qū)動兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)和計(jì)算康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)處角度、角加速度；康復(fù)機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)由兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)4過同步齒輪3和6驅(qū)動；兩個(gè)腳10的底部分布設(shè)置3個(gè)腳底壓力傳感器(分布在腳跟、腳掌、腳尖處)，用于采集患者腳部受力狀況。
[0020]如圖3所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供一種康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)包括以下模塊:
初始化模塊100，用于對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式；在本發(fā)明實(shí)施例中，通過初始化模塊100對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化，可以在啟動康復(fù)訓(xùn)練模式之前徹底排查所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)所可能存在的問題，使得康復(fù)訓(xùn)練模式啟動時(shí)康復(fù)機(jī) 器人感知系統(tǒng)處于良好的狀態(tài)。
[0021]環(huán)境感知模塊200，用于對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式；
在本發(fā)明實(shí)施例中，通過環(huán)境感知模塊200對康復(fù)機(jī)器人，包括最地形信息和障礙物的判斷。具體地，在硬件方面可以通過圖2中外界環(huán)境傳感器11和主控系統(tǒng)13來實(shí)施，外界環(huán)境傳感器11可以是超聲波傳感器、視覺傳感器、激光測距儀中的一種或幾種。
[0022]運(yùn)動意圖感知模塊300，用于在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令；
在本發(fā)明實(shí)施例中，在硬件方面可以通過圖2中所示的運(yùn)動意圖傳感器12和主控系統(tǒng)13來實(shí)施，運(yùn)動意圖傳感器12可以包括腳底壓力傳感器、編碼器、陀螺儀和肌電儀中的一種或幾種。例如，通過圖2中的運(yùn)動意圖傳感器12中的陀螺儀判斷康復(fù)機(jī)器人是否有位移，如果沒有位移，則康復(fù)機(jī)器人處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果存在位移，繼續(xù)判斷康復(fù)機(jī)器人存在垂直位移還是水平位移，如果是垂直位移，則康復(fù)機(jī)器人在進(jìn)行蹲起動作，如果是水平位移，則康復(fù)機(jī)器人處于正常步態(tài)；在確定康復(fù)機(jī)器人處于正常步態(tài)后，通過圖2中的運(yùn)動意圖傳感器12中的腳底壓力傳感器判斷是康復(fù)機(jī)器人的雙腳存在壓力還是左(右)腳存在壓力，如果康復(fù)機(jī)器人的雙腳存在壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于雙支撐期，如果康復(fù)機(jī)器人的左腳或右腳存在壓力，則判斷康復(fù)機(jī)器人處于左支撐期(右搖擺期)或者處于右支撐期(左搖擺期);進(jìn)一步地，通過分布在腳跟、腳掌、腳尖處的腳底壓力傳感器判斷，如果腳跟有壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于左支撐前期(右搖擺前期)或者右支撐前期(左搖擺前期)，如果腳掌有壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于左支撐中期(右搖擺中期)或者右支撐中期(左搖擺中期)，如果腳尖有壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于左支撐末期(右搖擺末期)或者右支撐末期(左搖擺末期)。[0023]動作執(zhí)行模塊400，用于根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作。在硬件方面可以通過圖2中所示的主控系統(tǒng)13驅(qū)動康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分來實(shí)施。
[0024]實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例提供的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，通過環(huán)境感知模塊200對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式之后再通過運(yùn)動意圖感知模塊300對患者的運(yùn)動意圖進(jìn)行判斷，使得患者對康復(fù)機(jī)器人的控制和使用能夠兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]優(yōu)選地,如圖4所示,所述初始化模塊IOOa包括以下單元:
初始化單元110，用于對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化；
狀態(tài)判斷單元120，用于判斷初始化以后的所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)是否正確；當(dāng)所述狀態(tài)錯(cuò)誤時(shí)，重新啟動所述初始化單元的功能；當(dāng)所述狀態(tài)正確時(shí)，啟動康復(fù)訓(xùn)練模式啟動單元的功能；
康復(fù)訓(xùn)練模式啟動單元130,用于啟動所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練模式。
[0026]在本發(fā)明實(shí)施例中，通過狀態(tài)判斷單元120判斷初始化以后的所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)是否正確，選擇是否重新啟動初始化單元110的功能，可以將所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)調(diào)整到最佳。
[0027]優(yōu)選地，如圖5所示，所述環(huán)境感知模塊200a包括以下單元:
環(huán)境感知單元210，用于采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地面信息，并生成行走模式選擇指令；
行走模式選擇單元220，用于根據(jù)行走模式選擇指令選擇上坡行走模式、正常行走模式、下坡行走模式中的一種。
[0028]在本發(fā)明實(shí)施例中，通過采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地面信息，選擇合適的行走模式，可以使得康復(fù)機(jī)器人的行走更為穩(wěn)定。
[0029]優(yōu)選地，如圖6所示，所述環(huán)境感知單元210包括以下子單元:
障礙物判斷子單元211，用于判斷所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的周圍是否存在障礙物；當(dāng)存在障礙物時(shí)，啟動路徑規(guī)劃子單元的功能；當(dāng)不存在障礙物時(shí)，啟動地形判斷子單元的功能；
所述路徑規(guī)劃子單元212，用于確定障礙物的位置，并根據(jù)障礙物的位置信息規(guī)劃所述康復(fù)機(jī)器人的路徑；
所述地形判斷子單元213，用于采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地形信息，并根據(jù)所述地形信息生成行走模式選擇指令。
[0030]在本發(fā)明實(shí)施例中，可以判斷所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的周圍是否存在障礙物，當(dāng)存在障礙物時(shí)，可以通過所述路徑規(guī)劃子單元212規(guī)劃所述康復(fù)機(jī)器人的路徑，使得康復(fù)機(jī)器人能夠自動的避開障礙物，智能化程度高。
[0031]優(yōu)選地，如圖7所示，所述運(yùn)動意圖感知模塊300a包括以下單元:
信息采集單元310，用于在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)；
信息分析單元320，用于對采集到的所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；對所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)決策和數(shù)據(jù)融合等，做出正確的判斷與決策，同時(shí)大大提高患者運(yùn)動意圖判斷的準(zhǔn)確度。
[0032]數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，可以使用最小二乘時(shí)間對準(zhǔn)算法并進(jìn)行仿真和比較。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方面，可以使用灰色關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，在灰色關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的基礎(chǔ)上，提出了基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，該算法能夠自適應(yīng)的根據(jù)特征信息給出特征的權(quán)重，使關(guān)聯(lián)結(jié)果更加合理可靠。
[0033]在數(shù)據(jù)決策方面，可以根據(jù)DS證據(jù)合成理論方法對傳感器報(bào)告進(jìn)行融合判決，能夠去除冗余信息，降低不確定度，使判決結(jié)果可靠度高。
[0034]運(yùn)動意圖指令生成單元330，用于根據(jù)所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)融合處理的結(jié)果確定用戶的運(yùn)動意圖，并根據(jù)所述用戶的運(yùn)動意圖生成運(yùn)動意圖指令。
[0035]在本發(fā)明實(shí)施例中，可以通過圖2中的運(yùn)動意圖傳感器12中的多種傳感器來采集所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)和患者的肌電信號數(shù)據(jù)，提高了人體運(yùn)動意圖判斷的范圍和準(zhǔn)確性。
[0036]如圖8所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種康復(fù)機(jī)器人感知方法，所述康復(fù)機(jī)器人感知方法包括以下步驟:
S1、對康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式；
在本發(fā)明實(shí)施例中，通過對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化，可以在啟動康復(fù)訓(xùn)練模式之前徹底排查所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)所可能存在的問題，使得康復(fù)訓(xùn)練模式啟動時(shí)康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)處于良好的狀態(tài)。
[0037]S2、對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式；
在本發(fā)明實(shí)施例中，通過對康復(fù)機(jī)器人，包括最地形信息和障礙物的判斷，可以選擇最優(yōu)的行走模式。具體地，在硬件方面可以通過圖2中外界環(huán)境傳感器11和主控系統(tǒng)13來實(shí)施，外界環(huán)境傳感器11可以是超聲波傳感器、視覺傳感器、激光測距儀中的一種或幾種。
[0038]S3、在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令；在本發(fā)明實(shí)施例中，在硬件方面可以通過圖2中所示的運(yùn)動意圖傳感器12和主控系統(tǒng)13來實(shí)施，運(yùn)動意圖傳感器12可以包括腳底壓力傳感器、編碼器、陀螺儀和肌電儀中的一種或幾種。
[0039]例如，通過圖2中的運(yùn)動意圖傳感器12中的陀螺儀判斷康復(fù)機(jī)器人是否有位移，如果沒有位移，則康復(fù)機(jī)器人處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果存在位移，繼續(xù)判斷康復(fù)機(jī)器人存在垂直位移還是水平位移，如果是垂直位移，則康復(fù)機(jī)器人在進(jìn)行蹲起動作，如果是水平位移，則康復(fù)機(jī)器人處于正常步態(tài)；在確定康復(fù)機(jī)器人處于正常步態(tài)后，通過圖2中的運(yùn)動意圖傳感器12中的腳底壓力傳感器判斷是康復(fù)機(jī)器人的雙腳存在壓力還是左(右)腳存在壓力，如果康復(fù)機(jī)器人的雙腳存在壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于雙支撐期，如果康復(fù)機(jī)器人的左腳或右腳存在壓力，則判斷康復(fù)機(jī)器人處于左支撐期(右搖擺期)或者處于右支撐期(左搖擺期);進(jìn)一步地，通過分布在腳跟、腳掌、腳尖處的腳底壓力傳感器判斷，如果腳跟有壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于左支撐前期(右搖擺前期)或者右支撐前期(左搖擺前期)，如果腳掌有壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于左支撐中期(右搖擺中期)或者右支撐中期(左搖擺中期)，如果腳尖有壓力，則康復(fù)機(jī)器人處于左支撐末期(右搖擺末期)或者右支撐末期(左搖擺末期)。[0040]S4、根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作。
[0041]在硬件方面可以通過圖2中所示的主控系統(tǒng)13驅(qū)動康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分來實(shí)施。
[0042]實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例提供的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，通過環(huán)境感知模塊200對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式之后再通過運(yùn)動意圖感知模塊300對患者的運(yùn)動意圖進(jìn)行判斷，使得患者對康復(fù)機(jī)器人的控制和使用能夠兼顧環(huán)境適應(yīng)性好、運(yùn)動意圖感知精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0043]優(yōu)選地,如圖9所示,所述步驟SI包括以下子步驟:
511、對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化；
512、判斷初始化以后的所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)是否正確；當(dāng)所述狀態(tài)錯(cuò)誤時(shí)，跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行步驟Sll ;當(dāng)所述狀態(tài)正確時(shí)，執(zhí)行步驟S13 ；
513、啟動所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練模式。
[0044]在本發(fā)明實(shí)施例中，通過狀態(tài)判斷單元120判斷初始化以后的所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)是否正確，選擇是否重新啟動初始化單元110的功能，可以將所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)調(diào)整到最佳。
[0045]優(yōu)選地,如圖10所示,所述步驟S2包括以下步驟: 521、采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地面信息，并生成行走模式選擇指令；
522、根據(jù)行走模式選擇指令選擇上坡行走模式、正常行走模式、下坡行走模式中的一種。
[0046]在本發(fā)明實(shí)施例中，通過采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地面信息，選擇合適的行走模式，可以使得康復(fù)機(jī)器人的行走更為穩(wěn)定。
[0047]優(yōu)選地,如圖11所示，所述步驟S21包括以下子步驟:
5211、判斷所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的周圍是否存在障礙物；當(dāng)存在障礙物時(shí)，跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行步驟S212 ;當(dāng)不存在障礙物時(shí)，跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行步驟S213 ；
5212、確定障礙物的位置，并根據(jù)障礙物的位置信息規(guī)劃所述康復(fù)機(jī)器人的路徑；
5213、采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地形信息，并根據(jù)所述地形信息生成行走模式選擇指令。
[0048]在本發(fā)明實(shí)施例中，可以判斷所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的周圍是否存在障礙物，當(dāng)存在障礙物時(shí)，可以通過所述路徑規(guī)劃子單元212規(guī)劃所述康復(fù)機(jī)器人的路徑，使得康復(fù)機(jī)器人能夠自動的避開障礙物，智能化程度高。
[0049]優(yōu)選地,如圖12所示,所述步驟S3包括以下子步驟:
531、在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)；
532、對采集到的所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；對所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)決策和數(shù)據(jù)融合等，做出正確的判斷與決策，同時(shí)大大提高患者運(yùn)動意圖判斷的準(zhǔn)確度。
[0050]數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，可以使用最小二乘時(shí)間對準(zhǔn)算法并進(jìn)行仿真和比較。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方面，可以使用灰色關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，在灰色關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的基礎(chǔ)上，提出了基于熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，該算法能夠自適應(yīng)的根據(jù)特征信息給出特征的權(quán)重，使關(guān)聯(lián)結(jié)果更加合理可靠。
[0051]在數(shù)據(jù)決策方面，可以根據(jù)DS證據(jù)合成理論方法對傳感器報(bào)告進(jìn)行融合判決，能夠去除冗余信息，降低不確定度，使判決結(jié)果可靠度高。
[0052]S33、根據(jù)所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)融合處理的結(jié)果確定用戶的運(yùn)動意圖，并根據(jù)所述用戶的運(yùn)動意圖生成運(yùn)動意圖指令。
[0053]在本發(fā)明實(shí)施例中，可以通過圖2中的運(yùn)動意圖傳感器12中的多種傳感器來采集所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)和患者的肌電信號數(shù)據(jù)，提高了人體運(yùn)動意圖判斷的范圍和準(zhǔn)確性。
[0054]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā) 明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，其特征在于，所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)包括以下模塊: 初始化模塊，用于對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式； 環(huán)境感知模塊，用于對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式； 運(yùn)動意圖感知模塊，用于在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令； 動作執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，其特征在于，所述初始化模塊包括以下單元: 初始化單元，用于對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化； 狀態(tài)判斷單元，用于判斷初始化以后的所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)是否正確；當(dāng)所述狀態(tài)錯(cuò)誤時(shí)，重新啟動所述初始化單元的功能；當(dāng)所述狀態(tài)正確時(shí)，啟動康復(fù)訓(xùn)練模式啟動單元的功能； 康復(fù)訓(xùn)練模式啟動單元，用于啟動所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境感知模塊包括以下單元: 環(huán)境感知單元，用于采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地面信息，并生成行走模式選擇指令； 行走模式選擇單元，用于根據(jù)行走模式選擇指令選擇上坡行走模式、正常行走模式、下坡行走模式中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境感知單元包括以下子單元: 障礙物判斷子單元，用于判斷所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的周圍是否存在障礙物；當(dāng)存在障礙物時(shí)，啟動路徑規(guī)劃子單元的功能；當(dāng)不存在障礙物時(shí)，啟動地形判斷子單元的功倉泛; 所述路徑規(guī)劃子單元，用于確定障礙物的位置，并根據(jù)障礙物的位置信息規(guī)劃所述康復(fù)機(jī)器人的路徑； 所述地形判斷子單元，用于采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地形信息，并根據(jù)所述地形信息生成行走模式選擇指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動意圖感知模塊包括以下單元: 信息采集單元，用于在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)； 信息分析單元，用于對采集到的所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理； 運(yùn)動意圖指令生成單元，用于根據(jù)所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)融合處理的結(jié)果確定用戶的運(yùn)動意圖，并根據(jù)所述用戶的運(yùn)動意圖生成運(yùn)動意圖指令。
6.一種康復(fù)機(jī)器人感知方法，其特征在于，所述康復(fù)機(jī)器人感知方法包括以下步驟: S1、對康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化并啟動康復(fù)訓(xùn)練模式；S2、對康復(fù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析判斷并選擇合適的行走模式； S3、在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)生成患者的運(yùn)動意圖指令； S4、根據(jù)所述運(yùn)動意圖指令控制所述康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練動作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的康復(fù)機(jī)器人感知方法，其特征在于，所述步驟SI包括以下子步驟: S11、對所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)進(jìn)行初始化； S12、判斷初始化以后的所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的狀態(tài)是否正確；當(dāng)所述狀態(tài)錯(cuò)誤時(shí)，跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行步驟Sll ;當(dāng)所述狀態(tài)正確時(shí)，執(zhí)行步驟S13 ； S13、啟動所述康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的康復(fù)機(jī)器人感知方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟: S21、采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地面信息，并生成行走模式選擇指令； S22、根據(jù)行走模式選擇指令選擇上坡行走模式、正常行走模式、下坡行走模式中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的康復(fù)機(jī)器人感知方法，其特征在于，所述步驟S21包括以下子步驟: S211、判斷所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的周圍是否存在障礙物；當(dāng)存在障礙物時(shí)，跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行步驟S212 ;當(dāng)不存在障礙物時(shí)，跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行步驟S213 ； S212、確定障礙物的位置，并根據(jù)障礙物的位置信息規(guī)劃所述康復(fù)機(jī)器人的路徑； S213、采集所述康復(fù)機(jī)器人所處環(huán)境的地形信息，并根據(jù)所述地形信息生成行走模式選擇指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的康復(fù)機(jī)器人感知方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下子步驟: S31、在確定合適的行走模式之后通過傳感器采集所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)； S32、對采集到的所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理； S33、根據(jù)所述康復(fù)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述患者的肌電信號數(shù)據(jù)融合處理的結(jié)果確定用戶的運(yùn)動意圖，并根據(jù)所述用戶的運(yùn)動意圖生成運(yùn)動意圖指令。
【文檔編號】A61B5/103GK104013513SQ201410246126
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】葛樹志, 賀威, 李敏, 麻天照 申請人:電子科技大學(xué)