一种沉浸式上肢康复训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种沉浸式上肢康复训练系统，包括：双臂康复机器人、底座、位置跟踪器、VR头盔、数据力反馈手套、上位机控制中心、被动式柔顺末端执行器，所述双臂康复机器人安装于底座上，通过两被动式柔顺末端执行器带动患者手臂运动；所述视觉传感器用于记录患者上肢的运动并反馈控制双臂康复机器人运动；位置跟踪器用于实时采集患者手臂位置姿态信息并传入上位机控制中心；所述VR头盔佩戴于患者头部；数据力反馈手套佩戴于患者手部；所述被动式柔顺末端执行器分别佩戴于患者前臂和上臂；所述上位机控制中心用于给出量化指标，以及控制虚拟训练画面的显示。本发明专利技术实现了上肢康复训练过程的安全化、科学化、趣味化、系统化和数据化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种沉浸式上肢康复训练系统
本专利技术涉及上肢康复领域领域，具体涉及一种沉浸式上肢康复训练系统。
技术介绍
随着生活水平的提高，老龄化人口的比例不断提高。脑卒中是老年人的高发病症，脑卒中引起偏瘫将极大的影响患者的日常生活。通过上肢康复机器人的系统科学的训练，偏瘫患者的患侧的肢体活动范围、肌肉力量、灵活性等都能有所恢复，提高日常生活能力。在康复过程中，目前根据康复师的经验进行，即使对于同一个患者进行同一个动作的训练也存在差别。对于患者的评估根据康复师的经验或者量表，存在较大误差。患者在康复过程中，往往过程较为枯噪，并且患病后的情绪较为低落，存在康复积极性差不愿配合等情况，影响到康复效果。
技术实现思路
本专利技术公开了一种沉浸式上肢康复训练系统，运用于上肢康复训练过程的锻炼，包括视觉传感器高度角度调节器、视觉传感器、被动式柔顺末端执行器、双臂康复机器人、底座、位置跟踪器、VR头盔、数据力反馈手套、VR第三视角显示仪、上位机控制中心，实现上肢康复训练过程的安全化、科学化、趣味化和数据化。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种沉浸式上肢康复训练系统，包括：双臂康复机器人、底座、位置跟踪器、VR头盔、数据力反馈手套、上位机控制中心、被动式柔顺末端执行器，所述的双臂康复机器人安装于底座上，通过两被动式柔顺末端执行器带动患者手臂进行运动；所述的视觉传感器通过视觉传感器高度角度调节器安装于底座上，用于记录患者上肢的运动，提取患者上肢空间位置信息，并反馈控制双臂康复机器人的运动；所述位置跟踪器安装于患者手臂上，用于实时采集患者手臂位置姿态信息，并将所采集的手臂位置姿态信息传入上位机控制中心作为双臂康复机器人的控制系统的反馈；所述的VR头盔佩戴于患者头部，用于通过VR带给患者沉浸式训练体验；所述数据力反馈手套佩戴于患者手部，用于加强沉浸式体验，提高患者在虚拟环境中的真实感，并为双臂康复机器人的控制提供力反馈参数；所述的被动式柔顺末端执行器安装于所述双臂康复机器人末端并分别佩戴于患者前臂和上臂，通过充气式接触的手臂轴向畸位调整装置、动态弹性调整装置防止患者受到二次伤害和康复个性化；所述上位机控制中心用于存储患者信息、根据所述手臂位置姿态信息对患者上肢活动范围、肌力等级、上肢协调性给出量化指标，以及控制患者虚拟环境下训练画面的显示。进一步地，所述的位置跟踪器包括前臂位置跟踪器、上臂位置跟踪器，所述的前臂位置跟踪器、上臂位置跟踪器分别安装于患者的上臂和前臂上，用于实时采集患者前臂和上臂的位置姿态信息，并将所采集的手臂位置姿态信息传入上位机控制中心作为双臂康复机器人的控制系统的反馈。进一步地，所述的双臂康复机器人通过所述的被动式柔顺末端执行器分别带动患者的上臂和前臂进行被动康复、主动康复及主被动康复，实现康复过程的科学化。进一步地，所述的VR头盔具体用于使患者置身于虚拟现实环境中完成游戏和训练任务，实现康复过程的趣味化。进一步地，所述患者信息包括患者的年龄、性别、病情、肌力等级、治疗时间、康复变化、肩关节活动范围、肘关节活动范围、手腕活动范围；所述上位机控制中心根据所述手臂位置姿态信息按照FM量表对患者上肢活动范围、肌力等级、上肢协调性给出量化指标。进一步地，所述数据力反馈手套还用于在设置后，在游戏及任务中通过震动刺激患者手部，给予患者训练触觉反馈。进一步地，所述的动态弹性调整装置包括安装板、动态调整外壳、端盖，弹簧、弹簧下挡块、直线轴承、伸缩柱，所述安装板、动态调整外壳、端盖通过螺钉由上至下依次连接，所述弹簧设置在所述动态调整外壳内，所述弹簧的上端与安装板相连接，下端通过弹簧下挡块与隙配合地穿过端盖并延伸至所述动态调整外壳内孔的伸缩柱一端固定连接，所述伸缩柱的另一端设置有连接法兰，所述直线轴承固定在所述动态调整外壳的内孔中且与所述伸缩柱滑动配合。进一步地，所述的充气式接触的手臂轴向畸位调整装置包括：末端外圈、末端内圈、充气式手臂接触环，所述末端内圈同轴地转动设置在所述末端外圈的内孔中；所述的充气式手臂接触环固定设置在所述末端内圈的内孔中且随末端内圈同步转动。进一步地，所述的末端外圈包括半圆形末端外圈上半部和末端外圈下半部，所述末端外圈上半部和末端外圈下半部的一端通过铰链活动连接，另一端通过替换式卡扣相插接；所述的末端内圈包括半圆形末端内圈上半部和末端内圈下半部，所述末端内圈上半部上设置有连接法兰，所述末端内圈上半部和末端内圈下半部的一端通过铰链活动连接，另一端通过替换式卡扣相插接。进一步地，还包括VR第三视角显示仪，用于实时展示患者在VR环境中的画面，方便康复师对患者进行康复效果的观察。与现有技术比较，本专利技术具有如下优点和技术效果：本专利技术通过视觉传感器高度角度调节器、视觉传感器、被动式柔顺末端执行器、双臂康复机器人、底座、位置跟踪器、VR头盔、数据力反馈手套、VR第三视角显示仪、上位机控制中心实现上肢康复训练过程的安全化、科学化、趣味化、系统化、个性化和数据化。附图说明图1为本专利技术实施例的一种沉浸式上肢康复训练的系统示意图。图2为本专利技术实施例中被动式柔顺末端执行器结构示意图。图3为本专利技术实施例中被动式柔顺末端执行器剖面示意图。图中所示：1：视觉传感器高度角度调节器、2：视觉传感器、3：被动式柔顺末端执行器、4：双臂康复机器人、5：底座、6-1：前臂位置跟踪器、6-2：上臂位置跟踪器、7：VR头盔、8：数据力反馈手套、9：VR第三视角显示仪、10：上位机控制中心、11：安装板、12：动态调整外壳、13：端盖、14：末端外圈上半部、15：充气式手臂接触环、16：末端外圈下半部、17：替换式卡扣、18：末端内圈下半部、19：末端内圈上半部、20：弹簧、21：弹簧下挡块、22：直线轴承。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不限于此。如图1所示，一种沉浸式上肢康复训练系统，包括：双臂康复机器人4、底座5、位置跟踪器、VR头盔7、数据力反馈手套8、上位机控制中心10、被动式柔顺末端执行器3、VR第三视角显示仪9，所述的双臂康复机器人4安装于底座5上，通过两被动式柔顺末端执行器3分别带动患者的上臂和前臂进行被动康复、主动康复及主被动康复，实现康复过程的科学化；所述的视觉传感器2通过视觉传感器高度角度调节器1安装于底座5上，用于记录患者上肢的运动，提取患者上肢空间位置信息，并反馈控制双臂康复机器人4的运动。所述视觉传感器高度角度调节器用于安装和调节视觉传感器，适应不同的病人身高、臂长、活动范围的参数，便于获得一个最佳的视觉观察角度。所述位置跟踪器安装于患者手臂上，用于实时采集患者手臂位置姿态信息，并将所采集的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉浸式上肢康复训练系统，其特征在于，包括：双臂康复机器人 (4) 、底座 (5) 、位置跟踪器、 VR 头盔 (7) 、数据力反馈手套 (8) 、上位机控制中心 (10) 、被动式柔顺末端执行器 (3) ，/n所述的双臂康复机器人 (4) 安装于 底座 (5) 上， 通过两被动式柔顺末端执行器 (3) 带动患者手臂进行运动；/n所述的视觉传感器 (2) 通过 视觉传感器高度角度调节器 (1) 安装 于 底座 (5) 上， 用于记录患者上肢的运动，提取患者上肢空间位置信息，并反馈控制双臂康复机器人 (4) 的运动；/n所述位置跟踪器安装于患者手臂上，用于实时采集患者手臂位置姿态信息，并将所采集的手臂位置姿态信息传入上位机控制中心 (10) 作为双臂康复机器人 (4) 的控制系统的反馈；/n所述的 VR 头盔 (7) 佩戴于患者头部，用于通过 VR 带给患者沉浸式训练体验；/n所述数据力反馈手套 (8) 佩戴于患者手部，用于加强沉浸式体验，提高患者在虚拟环境中的真实感，并为双臂康复机器人 (4) 的控制提供力反馈参数；/n所述的被动式柔顺末端执行器 (3) 安装于所述双臂康复机器人 (4) 末端并分别佩戴于患者前臂和上臂，通过充气式接触的手臂轴向畸位调整装置、动态弹性调整装置防止患者受到二次伤害和康复个性化；/n所述上位机控制中心 (10) 用于存储患者信息、根据所述手臂位置姿态信息对患者上肢活动范围、肌力等级、上肢协调性给出量化指标，以及控制患者虚拟环境下训练画面的显示。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181114 CN 2018113541314一种沉浸式上肢康复训练系统，其特征在于，包括：双臂康复机器人(4)、底座(5)、位置跟踪器、VR头盔(7)
、数据力反馈手套(8)、上位机控制中心(10)、被动式柔顺末端执行器(3)，
所述的双臂康复机器人(4)安装于底座(5)上，通过两被动式柔顺末端执行器(3)
带动患者手臂进行运动；
所述的视觉传感器(2)通过视觉传感器高度角度调节器(1)安装于底座(5)上，
用于记录患者上肢的运动，提取患者上肢空间位置信息，并反馈控制双臂康复机器人(4)的运动；
所述位置跟踪器安装于患者手臂上，用于实时采集患者手臂位置姿态信息，并将所采集的手臂位置姿态信息传入上位机控制中心(10)
作为双臂康复机器人(4)的控制系统的反馈；
所述的VR头盔(7)佩戴于患者头部，用于通过VR带给患者沉浸式训练体验；
所述数据力反馈手套(8)佩戴于患者手部，用于加强沉浸式体验，提高患者在虚拟环境中的真实感，并为双臂康复机器人(4)
的控制提供力反馈参数；
所述的被动式柔顺末端执行器(3)安装于所述双臂康复机器人(4)
末端并分别佩戴于患者前臂和上臂，通过充气式接触的手臂轴向畸位调整装置、动态弹性调整装置防止患者受到二次伤害和康复个性化；
所述上位机控制中心(10)
用于存储患者信息、根据所述手臂位置姿态信息对患者上肢活动范围、肌力等级、上肢协调性给出量化指标，以及控制患者虚拟环境下训练画面的显示。


根据权利要求1所述的沉浸式上肢康复训练系统，其特征在于，所述的位置跟踪器包括前臂位置跟踪器(6-1)
、上臂位置跟踪器(6-2)，所述的前臂位置跟踪器(6-1)、上臂位置跟踪器(6-2)
分别安装于患者的上臂和前臂上，用于实时采集患者前臂和上臂的位置姿态信息，并将所采集的手臂位置姿态信息传入上位机控制中心(10)作为双臂康复机器人(4)
的控制系统的反馈。


根据权利要求1所述的沉浸式上肢康复训练系统，其特征在于，所述的双臂康复机器人(4)通过所述的被动式柔顺末端执行器
(3)分别带动患者的上臂和前臂进行被动康复、主动康复及主被动康复。


根据权利要求1所述的沉浸式上肢康复训练系统，其特征在于，所述的VR头盔(7)
具体用于使患者置身于虚拟现实环境中完成游戏和训练任务，实现康复过程的趣味化。

【专利技术属性】
技术研发人员：谢龙汉，黄双远，蔡思祺，李国峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44