基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备及协同工作方法技术

本发明专利技术公开了基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备及协同工作方法，所述上肢康复设备包括：护肩、护腕、握持部件和主控制器，所述护肩、护腕可供患者穿戴，护肩、护腕各设有位移传感器，握持部件设有压力传感器，位移传感器、压力传感器分别连接至主控制器；还包括分别可与主控制器连接的应用模块。本发明专利技术具有重量轻、使用方便、开发成本低等特点，并且可与配套的康复游戏结合使用，不仅能够有效地综合锻炼患者的肩部、手腕和手指握力，而且能够避免枯燥重复的动作，提升患者的康复情绪。

【技术实现步骤摘要】
基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备及协同工作方法
本专利技术涉及可供脑卒中患者使用的康复设备，特别涉及基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备及协同工作方法。
技术介绍
脑卒中患者的康复训练需要长期坚持，36％的患者在脑卒中后5年内仍需接受锻炼，运动频度一般为每天或隔天一次(一般3～5次/周)，如果运动频度少于2次/周则效果不佳。脑卒中患者在后期康复期一般为出院治疗，患者可以选择居家治疗或者定期到医院治疗两种方式。大部分脑卒中患者的上肢肌力水平大于等于3-级(能对抗重力，但活动范围在50％～100％之间)时会选择出院，并且由于后期康复时间周期长，每周五次每次八十分钟的康复疗程十分频繁，大部分患者会选择在家康复，家庭康复是未来的大势所趋。市场上常规的后期康复设备可分为上下肢康复训练器、手指抓握康复训练器、外骨骼牵引机器人等。在某购物网站上搜索“上下肢康复训练器”可以得到上百种搜索结果，其中最热门的是fitmaster的健身运动车，市场标价为三千元，可以实现上下肢的屈伸运动，并且有双边运动功能与电动助力功能，但其康复运动的训练方式仅局限于上下肢体的屈伸康复，缺乏手指握力、手腕内旋以及肩膀抬起等康复动作，训练内容欠缺综合性，不足以让患者进行全面康复。在某购物网站上继续搜索“手指握力器”也有上百种搜索结果，产品价位为二十元到上百元不等，其中某些握力康复训练器还能够调节握力力度。但此产品同样只针对握力训练，训练内容单一。上述两种常见康复设备的训练过程较为枯燥，训练过程与患者生活、生产与娱乐的互联性很弱，并且缺乏智能化的医患互联系统，不能方便医生搜集患者的家庭康复数据，无疑阻碍了患者的康复进程。除上述两种产品外，目前各大高校都在进行外骨骼牵引机器人研发与脑电波识别VR康复技术的研发，但此类产品的价格十分高昂。以上肢康复机器人为例，一台国产设备价格在70万元左右，以使用年限6-10年计算，1次训练(约20min)的开支至少140元。故虽然外骨骼牵引机器人可以满足综合的治疗方案，但普通家庭却很难消费得起。综上，目前市场上供应脑卒中患者的中后期康复设备不仅体积大、价格贵且以机械运动为主，沉重的经济负担及枯燥重复的动作常让患者产生厌烦等不良情绪；而且现有康复设备很多只针对康复训练，不能与生活自理等现实情景结合起来。
技术实现思路
为了解决市场上脑卒中患者后期康复设备体积大、价格贵、训练欠缺综合性等不足，本专利技术旨在提供基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备及协同工作方法，该设备具有重量轻、使用方便、开发成本低的特点，并且可与配套的康复游戏结合使用，不仅能够有效地综合锻炼患者的肩部、手腕和手指握力，而且能够避免枯燥重复的动作，提升患者的康复情绪。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供如下技术方案：基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，包括可供患者穿戴的护肩、护腕、握持部件和主控制器，护肩、护腕各设有位移传感器，握持部件设有压力传感器，位移传感器、压力传感器分别连接至主控制器；还包括分别可与主控制器连接的应用模块。作为一种优选的技术方案，所述应用模块包括计算机设备和机器人小车，所述计算机设备用于帮助患者进行趣味性游戏，所述机器人小车用于帮助患者进行握持训练或者简单的家务活动。作为一种优选的技术方案，所述主控制器为ArduinoUno开发板；所述位移传感器包括MPU6050姿态传感器、MPU6000姿态传感器或MPU9250姿态传感器中的一种；位移传感器的VCC引脚与GND引脚分别与ArduinoUno开发板的VCC引脚与GND引脚对应连接。作为一种优选的技术方案，压力传感器安装在握持部件上，压力传感器串联有至少一个电阻。作为一种优选的技术方案，压力传感器连接直流电源，由直流电源供电，压力传感器与ArduinoUno开发板的数字引脚5连接,压力传感器与电阻连接的一端连接ArduinoUno开发板的GND端口，供电后电阻与ArduinoUno开发板的模拟引脚A0连接。作为一种优选的技术方案，应用模块分别通过无线模块与主控制器连接，所述无线模块的数量为2个，分别对应计算器设备和机器人小车，两个无线模块连接在ArduinoUno开发板上，一个用于与计算机设备无线连接，另一个用于与机器人小车无线连接，两者之间可通过ArduinoUNO开发板上的选择开关选择。作为一种优选的技术方案，所述无线模块包括HC-05蓝牙模块或WIFI模块。作为一种优选的技术方案，所述HC-05蓝牙模块与ArduinoUno开发板的VCC引脚和GND引脚对应相连；HC-05蓝牙模块的TXD引脚和RXD引脚分别与ArduinoUno开发板的D10和D11引脚相连。作为一种优选的技术方案，所述压力传感器包括FSR电阻式压力传感器；所述握持部件包括弹性小球。本专利技术第二方面提供如上所述的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备的协同工作方法，包括如下步骤：(1)通过姿态传感器对用户的肩膀及手腕的运动角度进行采集，通过压力传感器检测用户手掌握住的压力；(2)将采集得到的肩膀及手腕运动角度信息实时无线传输至应用模块，当判断用户手掌握住的压力超过阈值时，实时向应用模块无线传输抓取动作信号，否则，不向应用模块传输抓取动作信号；(3)应用模块接收用户肩膀、手腕的运动角度信息和抓取动作信号，通过模块的各部件或功能将用户的动作实时反映。作为一种优选的技术方案，步骤(1)中对用户肩膀及手腕的姿态角捕捉方法包括：选取地面上任意一点O，以点O为原点用右手定则建立坐标系即为地面坐标系；选取物体的质心O，以该质心为原点用右手定则建立坐标系即为物体坐标系；获取三个轴向上的加速度ax,ay和az，根据重力加速度相对于芯片的指向为参考算得当前姿态；让芯片正面朝下，以三个轴向上的加速度为分量，可构成加速度向量a(x，y，z)，假设当前芯片处于匀速直线运动状态，那么a应垂直于地面向上，即指向Z轴负方向，模长为|a|＝g＝/sqrtx2+y2+z2；若芯片发生旋转，由于加速度向量a仍竖直向上，所以Z轴负方向将不再与a重合；令坐标系的Z轴正方向向下，X轴正方向向右，此时芯片的Roll角φ为加速度向量与其在XZ平面上投影(x，O，z)的夹角，Pitch角ω与其在YZ平面上投影(O，y，z)的夹角；采用点乘公式：a·b＝|a||b|cosθ，得到：即为姿态角。作为一种优选的技术方案，步骤(2)中判断用户手掌握住的压力是否超过阈值的方法为：将压力传感器串联至少一个电阻，当患者的手用力握住握持部件时，压力传感器的阻值将变小，根据串联电路特性，电阻的分压相应增大，则输入主控制器的电压增大，读数也随即变大；根据实际测量得到恰当的阈值条件，超过阈值即判定信号触发，向蓝牙模块发送动作信号。作为一种优选的技术方案，所述方法还包括步骤(4)：在用户执行完动作后导出数据，包括：将用户的动作数据通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备,其特征在于,包括护肩、护腕、握持部件和主控制器，所述护肩、护腕可供患者穿戴，护肩、护腕各设有位移传感器，握持部件设有压力传感器，位移传感器、压力传感器分别连接至主控制器；还包括分别可与主控制器连接的应用模块。/n

【技术特征摘要】
1.基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备,其特征在于,包括护肩、护腕、握持部件和主控制器，所述护肩、护腕可供患者穿戴，护肩、护腕各设有位移传感器，握持部件设有压力传感器，位移传感器、压力传感器分别连接至主控制器；还包括分别可与主控制器连接的应用模块。


2.根据权利要求1所述的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，所述应用模块包括计算机设备和机器人小车，所述计算机设备用于帮助患者进行趣味性游戏，所述机器人小车用于帮助患者进行握持训练或者简单的家务活动。


3.根据权利要求1所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，所述主控制器为ArduinoUno开发板；所述位移传感器包括MPU6050姿态传感器、MPU6000姿态传感器或MPU9250姿态传感器中的一种；位移传感器的VCC引脚与GND引脚分别与ArduinoUno开发板的VCC引脚与GND引脚对应连接。


4.根据权利要求3所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，压力传感器安装在握持部件上，压力传感器串联有至少一个电阻。


5.根据权利要求4所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，压力传感器连接直流电源，由直流电源供电，压力传感器与ArduinoUno开发板的数字引脚5连接,压力传感器与电阻连接的一端连接ArduinoUno开发板的GND端口，供电后电阻与ArduinoUno开发板的模拟引脚A0连接。


6.根据权利要求1所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，应用模块分别通过无线模块与主控制器连接，所述无线模块的数量为2个，分别对应计算机设备和机器人小车，其中两个无线模块连接在ArduinoUno开发板上，通过选择开关选择与计算机设备或者机器人小车无线连接。


7.根据权利要求6所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，所述无线模块包括HC-05蓝牙模块或WIFI模块。


8.根据权利要求7所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，所述HC-05蓝牙模块与ArduinoUno开发板的VCC引脚和GND引脚对应相连；HC-05蓝牙模块的TXD引脚和RXD引脚分别与ArduinoUno开发板的D10和D11引脚相连。


9.根据权利要求1所述的基于心理疗法的脑卒中患者可穿戴式上肢康复设备，其特征在于，所述压力传感器包括FSR电阻式压力传感器；所述握持部件包括弹性小球。

【专利技术属性】
技术研发人员：冼鹏全，卢铖，周晓杨，李家荀，黄颖，王剑，
申请(专利权)人：冼鹏全，卢铖，周晓杨，李家荀，黄颖，王剑，
类型：发明
国别省市：广东;44