上肢手外骨骼康复机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种上肢手外骨骼康复机器人，属于数据处理技术领域，本发明专利技术通过让患者观看虚拟现实影像，让其完成虚拟现实任务，帮助患者集中注意力，在脑电信号的采集识别方面识别率达到96.7％。在产品对于中枢神经系统疾病的恢复程度(以脑卒中为例)对数十患者对照实验一周后，采用本系统进行的康复训练要比未采用本系统进行康复训练的患者恢复程度明显加快。

【技术实现步骤摘要】
上肢手外骨骼康复机器人
本专利技术涉及数据处理
，特别涉及一种上肢手外骨骼康复机器人。
技术介绍
中枢神经损伤是一种常见的疾病，如脑中风等常见疾病严重影响人们的健康与安全，随着我国逐渐进入老龄化社会，发病率有逐年上升的趋势,每年有超过200万人死于中风。这种疾病引发了患者肢体运动功能的丧失及相关并发症。尤其是上肢运动功能的丧失，极大地影响了患者日常生活的能力。手是人体结构最重要的组成部分之一，它对人类的功能及外观都显得及其重要。特别是手的运动能力是人类的日常生活和工作得以顺利进行的基本保障。科学表明，瘫痪上肢大多数是从肩部先恢复，其次为上臂和前臂，最后是手指的恢复。同时，由于人手部分集中了大量的关节、神经、血管、肌肉比较多，关节疾病、中风等心血管疾病造成的偏瘫也会导致手指关节肌腱纤维化和肌肉、韧带的痉挛萎缩。因此，大多数康复训练过程主要以手的活动程度作为上肢功能恢复的标志。目前大部分康复都是一些传统的康复手段，主要是针灸、电刺激、按摩等被动的康复手段对患者进行长期的康复。传统的被动式康复不能让患者真正的参与到治疗的过程当中，不能影响其中枢神经系统的恢复，所以不能从根本上对患者的病情进行治疗。
技术实现思路
为解决上述的全部或部分的技术问题，本专利技术提供了一种上肢手外骨骼康复机器人，所述上肢手外骨骼康复机器人包括：脑机接口单元、外骨骼单元、服务计算单元和运动想象范式单元；所述运动想象范式单元，用于采集目标患者的患侧手各手指姿态，通过虚拟现实在虚拟环境中展示与所述手指姿态对应的手部，并在所述虚拟环境中进行运动想象提示；所述脑机接口单元，用于获取目标患者的当前脑电数据，并将提取的当前脑电数据发送至所述服务计算单元；所述服务计算单元，用于通过预设识别模型对所述当前脑电数据进行识别，并根据识别结果生成对应的训练控制命令；所述外骨骼单元，用于根据所述训练控制命令带动所述目标患者的患侧手，以使所述患侧手完成对应的动作。优选地，所述脑机接口单元包括：依次连接的导联电极、集成前端放大器、第一控制器和通信电路；所述导联电极，用于获取目标患者的脑电信号；所述集成前端放大器，用于对所述脑电信号依次进行信号放大以及信号过滤，获得当前脑电数据，并将获得的当前脑电数据发送至所述第一控制器；所述第一控制器，用于将接收的当前脑电数据通过所述通信电路发送至所述服务计算单元。优选地，所述脑机接口单元还包括：信号预处理模块，所述信号预处理模块设于所述导联电极和集成前端放大器之间；所述信号预处理模块，用于对所述脑电信号进行低通滤波处理。优选地，所述运动想象范式单元基于Unity3D引擎及socket协议实现虚拟现实。优选地，所述服务计算单元，还用于获取样本脑电数据以及对应的样本识别结果对初始识别模型进行训练，以获得所述预设识别模型。优选地，所述服务计算单元，还用于根据所述当前脑电数据进行康复效果评估。优选地，所述外骨骼单元包括：功能箱、电路板、第二控制器、线驱动装置、驱动线导管和手部外骨骼，所述驱动线导管的第一端设于所述功能箱侧壁，所述手部外骨骼设于所述驱动线导管的第二端，所述电路板及线驱动装置均设于所述功能箱内；所述手部外骨骼具有N根模拟手指，所述线驱动装置包括N个驱动单元，所述驱动单元与所述模拟手指一一对应，各驱动单元的驱动线穿过所述驱动线导管与对应的模拟手指相连，所述手部外骨骼采用柔性材料制成，所述N为大于等于2的整数；各驱动单元分别与所述电路板相连，所述电路板与所述第二控制器相连。优选地，各驱动单元均包括：舵机、舵机底座、上转盘、下转盘、舵机支架以及上盖；所述舵机与所述舵机支架连接，所述舵机与所述舵机底座连接，所述下转盘与所述舵机的舵机转盘连接，所述舵机转盘与所述舵机啮合并固定，所述上转盘与下转盘卡紧安装，所述驱动线利用卡件与所述上转盘以及下转盘固连，所述舵机与所述电路板相连。优选地，所述功能箱的侧壁上设有驱动线导管支架，所述驱动线导管的第一端通过所述驱动线导管支架设于所述功能箱侧壁上。优选地，所述上盖通过拉簧与所述驱动线导管支架连接。本专利技术通过让患者观看虚拟现实影像，让其完成虚拟现实任务，帮助患者集中注意力，在脑电信号的采集识别方面识别率达到96.7％。在产品对于中枢神经系统疾病的恢复程度(以脑卒中为例)对数十患者对照实验一周后，采用本系统进行的康复训练要比未采用本系统进行康复训练的患者恢复程度明显加快。附图说明图1是本专利技术一种实施方式的上肢手外骨骼康复机器人的结构框图；图2是本专利技术一种实施方式的上肢手外骨骼康复机器人中外骨骼单元的正面结构示意图；图3是图2所示的上肢手外骨骼康复机器人中外骨骼单元的背面结构示意图；图4是图2所示的上肢手外骨骼康复机器人中外骨骼单元内驱动单元的爆炸图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1是本专利技术一种实施方式的上肢手外骨骼康复机器人的结构框图；参照图1，所述上肢手外骨骼康复机器人包括：脑机接口单元100、外骨骼单元200、服务计算单元300和运动想象范式单元400；所述运动想象范式单元400，用于采集目标患者的患侧手各手指姿态，通过虚拟现实(VirtualReality，VR)在虚拟环境中展示与所述手指姿态对应的手部，并在所述虚拟环境中进行运动想象提示；为便于简化虚拟现实的实现过程，在具体实现中，所述运动想象范式单元400基于Unity3D引擎及socket协议实现虚拟现实。所述脑机接口单元100，用于获取目标患者的当前脑电数据，并将提取的当前脑电数据发送至所述服务计算单元300；为便于获取目标患者的当前脑电数据，在具体实现中，所述脑机接口单元100可包括：依次连接的导联电极101、集成前端放大器102、第一控制器103和通信电路104；所述导联电极101，用于获取目标患者的脑电信号；所述集成前端放大器102，用于对所述脑电信号依次进行信号放大以及信号过滤，获得当前脑电数据，并将获得的当前脑电数据发送至所述第一控制器103；当然，所述集成前端放大器102可采用ADS1299芯片实现，ADS1299芯片内置8通道采集电路，每个通道搭载增益可调的高达24倍低噪声模拟信号放大器(PGA)、24位高分辨率ADC转化芯片达0.1μV/bit；内置参考基准电压、片内振荡器、偏差放大器以及测试信号、可多信号切换输入；搭载串行外设接口(SerialPeripheralInterface，SPI)，实现全双工双向传输；内置驱动放大电路以及共模抑制电路，共模抑制比(CommonModeRejectionRatio，CMRR)大于110dB；支持双极性或者单极性输入，功耗低至5mW；内置雏菊链电路，可以利用多芯片级联实现多通道同步采集，适合脑电、肌电、心电等微弱生理电信号的采集放大与数字转换输出。所述第一控制器103，用于将接收的当前脑电数据通过所述通信电路104发送至所述服务计算单元300。为便于对脑电数据进行预处理，本实施例中，所述脑机接口单元100还包括：信号预处理模块105，所述信号预处理模块105设于所述导联电极101和集成前端放大器102之间；所述信号预处理模块105，用于对所述脑电信号进行低通滤波处理。所述服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种上肢手外骨骼康复机器人，其特征在于，所述上肢手外骨骼康复机器人包括：脑机接口单元、外骨骼单元、服务计算单元和运动想象范式单元；所述运动想象范式单元，用于采集目标患者的患侧手各手指姿态，通过虚拟现实在虚拟环境中展示与所述手指姿态对应的手部，并在所述虚拟环境中进行运动想象提示；所述脑机接口单元，用于获取目标患者的当前脑电数据，并将提取的当前脑电数据发送至所述服务计算单元；所述服务计算单元，用于通过预设识别模型对所述当前脑电数据进行识别，并根据识别结果生成对应的训练控制命令；所述外骨骼单元，用于根据所述训练控制命令带动所述目标患者的患侧手，以使所述患侧手完成对应的动作。

【技术特征摘要】
1.一种上肢手外骨骼康复机器人，其特征在于，所述上肢手外骨骼康复机器人包括：脑机接口单元、外骨骼单元、服务计算单元和运动想象范式单元；所述运动想象范式单元，用于采集目标患者的患侧手各手指姿态，通过虚拟现实在虚拟环境中展示与所述手指姿态对应的手部，并在所述虚拟环境中进行运动想象提示；所述脑机接口单元，用于获取目标患者的当前脑电数据，并将提取的当前脑电数据发送至所述服务计算单元；所述服务计算单元，用于通过预设识别模型对所述当前脑电数据进行识别，并根据识别结果生成对应的训练控制命令；所述外骨骼单元，用于根据所述训练控制命令带动所述目标患者的患侧手，以使所述患侧手完成对应的动作。2.如权利要求1所述的上肢手外骨骼康复机器人，其特征在于，所述脑机接口单元包括：依次连接的导联电极、集成前端放大器、第一控制器和通信电路；所述导联电极，用于获取目标患者的脑电信号；所述集成前端放大器，用于对所述脑电信号依次进行信号放大以及信号过滤，获得当前脑电数据，并将获得的当前脑电数据发送至所述第一控制器；所述第一控制器，用于将接收的当前脑电数据通过所述通信电路发送至所述服务计算单元。3.如权利要求2所述的上肢手外骨骼康复机器人，其特征在于，所述脑机接口单元还包括：信号预处理模块，所述信号预处理模块设于所述导联电极和集成前端放大器之间；所述信号预处理模块，用于对所述脑电信号进行低通滤波处理。4.如权利要求1～3中任一项所述的上肢手外骨骼康复机器人，其特征在于，所述运动想象范式单元基于Unity3D引擎及socket协议实现虚拟现实。5.如权利要求1～3中任一项所述的上肢手外骨骼康复机器人，其特征在于，所述服...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏彦兆，杨宗凯，刘冬，王立鹏，林熠阳，杨心月，王开亮，
申请(专利权)人：杭州航弈生物科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33