一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统技术方案

本发明专利技术公开了用于康复机器人的一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统，涉及康复机器人技术领域。该系统包括足压信息采集模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、背包和上位机。本发明专利技术可实时同步的采集患者在康复训练过程中的信息数据，分析康复效果为其提供康复训练处方，可减少康复治疗师的劳动强度和操作难度；此外，本发明专利技术也为康复机器人

【技术实现步骤摘要】
一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统


[0001]本专利技术涉及康复机器人
，具体涉及一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统。

技术介绍

[0002]近年来，在我国因脑卒中、脊髓损伤等诱因造成的偏瘫、截瘫等运动功能障碍的人员逐年增多。肢体运动功能障碍不仅给患者自身带来了痛苦，还严重影响了他们的日常生活和工作。随着医疗技术的发展，越来越多的康复机器人进入了医疗领域当中，其中人机耦合及人机交互的友好性是人们关注的焦点。为了解决这一焦点问题，信息感知系统是不可或缺的，信息感知系统能否准确识别患者运动意图是实现康复机器人系统精准控制及人机友好交互的前提。目前存在康复机器人的信息感知系统较为单一，被动控制为主，康复效果一般，且患者在康复训练过程中无法准确的得到自身的信息数据（如足底压力信息、人体姿态信息、肌电信息等），而所获取的这些信息是患者在进行康复训练时的安全性、有效性的保证。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统，以解决上述
技术介绍
存在的问题。实时同步的采集患者在训练过程中的足底压力信息、肌电信息以及人体姿态信息等，依据所获取的信息数据分析康复效果，为其提供康复训练处方，并为康复机器人
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人的交互控制提供基础。
[0004]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统，包括足压信息采集模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、背包和上位机软件。
[0005]所述足压信息采集模块包括功能鞋和脚环，用于采集患者训练过程中的足压信息。所述功能鞋包括鞋中底和功能鞋垫，单足内置8个压力传感器，通过CAN总线进行足底压力传感器的数据传输，与脚环相连；所述脚环可穿戴在脚腕部位，单只内置8通道数据采集卡，数据采样频率为50Hz，通过CAN总线进行数据传输，与背包主控模块通讯连接。
[0006]所述肌电采集模块包括肌电信号传感器，用于采集患者在康复训练过程中产生的肌电信息。所述肌电信号传感器与背包主控板模块通讯连接。
[0007]所述人体姿态采集模块包括姿态传感器，用于采集患者在康复训练过程中产生的人体姿态信息。所述姿态传感器包括左右大腿姿态传感器、左右小腿姿态传感器、左右脚背姿态传感器、左右小臂姿态传感器、左右大臂姿态传感器、前胸姿态传感器以及后脊椎姿态传感器，所述各姿态传感器分别安装于人体左右大腿、左右小腿、左右脚背、左右小臂、左右大臂、正胸前以及后脊椎上，且与背包主控模块通讯连接。
[0008]所述背包包括WIFI模块、电源模块、同步采集开关及主控模块，所述WIFI模块用于主控模块与上位机进行通讯连接；所述电源模块包括移动电源、电源板，用于足压信息采集
模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、主控模块及WIFI模块的供电；所述同步采集开关用于患者在康复训练过程中依据自身状态，自行控制或由医师控制其向背包主控模块发送足压信息、肌电信息及人体姿态信息的实时同步采集指令；所述主控模块用于实时同步采集16通道足压信息、8通道肌电信息及12通道人体姿态信息，并与上位机通讯连接。
[0009]所述上位机软件包括患者信息数据管理单元、患者信息数据监测与分析单元和患者康复处方生成单元。所述患者信息数据管理单元，用于录入、保存以及调取患者的身份信息、病情信息、身体尺寸参数、康复治疗方案以及以往的训练数据；所述患者信息数据监测与分析单元，用于实时监测和分析患者在康复训练过程中获取的足压信息数据、肌电信息数据及人体姿态信息数据，分析其康复训练效果；所述患者康复处方生成单元，依据所述患者信息数据监测与分析单元，生成患者康复训练处方或进行处方优化。
[0010]进一步地，其特征在于，所述主控模块内设有足底压力信息数据处理程序、肌电信息数据处理程序和人体姿态信息数据处理程序。
[0011]进一步地，所述主控模块设有外置卡槽，所述卡槽内安装有SD卡，将采集的信息数据实时存储到SD卡内，并同步的通过WIFI模块将信息数据实时发送至上位机。
[0012]进一步地，所述主控模块为自主开发的主控板，配备8个模拟量接口、7个CAN接口。
[0013]进一步地，所述足压信息采集模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、主控模块及WIFI模块均由同一移动电源通过电源板供电，所述移动电源通过卡槽固定于背包内。
[0014]进一步的，所述通讯连接除主控模块与上位机之间为无线连接，其余均为四芯线连接。
[0015]本专利技术的有益效果如下：本专利技术系统在患者康复训练过程中可实时同步的采集其足底压力信息、肌电信息及人体姿态信息，分析其康复训练效果，输出康复训练处方。能让康复治疗师全方面地了解患者的训练状态，减少治疗师的操作难度和劳动强度；同时也为康复机器人
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人的交互控制提供基础。本专利技术可以通过大量的个体数据建立起数据库，对类似相关病症大数据定量分析，对不同病患者进行分类管理，建立各信息数据与疾病的内在联系，合理有效的加速患者的康复速度。
附图说明
[0016]图1为本专利技术系统的结构组成图；图2为本专利技术背包结构示意图；图3为本专利技术脚环及功能鞋的结构示意图；图4为本专利技术姿态传感器的安装示意图；图5为本专利技术肌电信号传感器的安装示意图；图6为本专利技术人体生物及运动信息联合采集设备总装示意图；图7为本专利技术实施例的流程示意图；图中：1、同步采集开关；2、电源板；3、12v锂电池；4、主控板；5、WIFI模块；6、鞋中底；7、功能鞋垫；8、压力传感器；9、脚环；10、姿态传感器；11、肌电信号传感器。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明，本专利技术包括但不限于下述实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]参照图1至图7，本专利技术提供一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统，包括：足压信息采集模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、背包和上位机。其中足压信息采集模块通过CANOPEN协议与背包主控模块连接，肌电信息采集模块通过模拟量端口与背包主控模块连接，人体姿态信息采集模块通过CAN总线协议与背包主控模块连接，背包主控模块通过TCP协议与上位机连接。
[0019]本专利技术中所述足压采集模块包括功能鞋和脚环，用于采集患者在康复训练过程中的足底压力信息。本实施例中，所述功能鞋，采用软硅胶设计制造了鞋垫，并将压力传感器嵌入安装在硅胶鞋垫中，单足内置8个传感器，通过CAN总线进行信息数据传输，同时基于3D打印技术设计开发出了功能性鞋中底，用于穿戴。所述脚环，与功能鞋各压力传感器有线连接，单只内置8通道数据采集卡，单只重量仅200克，数据采样速率为50Hz，通过CANOPEN协议与背包主控模块进行信息数据传输。
[0020]本专利技术中所述肌电采集模块，用于采集患者在康复训练过程中的肌电信息。本实施例中，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统，其特征在于，包括足压信息采集模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、背包及上位机软件；所述足压信息采集模块包括功能鞋及脚环，用于采集患者训练过程中的足压信息，所述功能鞋包括鞋中底及功能鞋垫，单足功能鞋垫内置多个压力传感器，且与脚环相连，通过CAN总线进行足底压力传感器的数据传输；所述脚环可穿戴在脚腕部位，单只内置多通道数据采集卡，通过CAN总线进行数据传输，与背包主控模块通讯连接；所述肌电采集模块包括肌电信号传感器，用于采集患者在康复训练过程中产生的肌电信息；所述肌电信号传感器与背包主控板模块通讯连接；所述人体姿态采集模块包括姿态传感器，用于采集患者在康复训练过程中产生的人体姿态信息，所述姿态传感器包括左右大腿姿态传感器、左右小腿姿态传感器、左右脚背姿态传感器、左右小臂姿态传感器、左右大臂姿态传感器、前胸姿态传感器以及后脊椎姿态传感器，所述各姿态传感器分别安装于人体左右大腿、左右小腿、左右脚背、左右小臂、左右大臂、正胸前以及后脊椎上，且与背包主控模块通讯连接；所述背包包括WIFI模块、电源模块、同步采集开关及主控模块，所述WIFI模块用于主控模块与上位机进行通讯连接；所述电源模块包括移动电源、电源板，用于足压信息采集模块、肌电信息采集模块、人体姿态信息采集模块、主控模块及WIFI模块的供电；所述同步采集开关用于患者在康复训练过程中依据自身状态，自行控制或由医师控制其向背包主控模块发送足压信息、肌电信息及人体姿态信息的实时同步采集指令；所述主控模块用于实时同步采集足压信息、肌电信息及人体姿态信息，并与上位机通讯连接；所述上位机软件包括患者信息数据管理单元、患者信息数据监测与分析单元和患者康复处方生成单元，所述患者信息数据管理单元，用于录入、保存以及调取患者的身份信息、病情信息、身体尺寸参数、康复治疗方案以及以往的训练数据；所述患者信息数据监测与分析单元，用于实时监测和分析患者在康复训练过程中获取的足压信息数据、肌电信息数据及人体姿态信息数据，分析其康复训练效果；所述患者康复处方生成单元，依据所述患者信息数据监测与分析单元，生成患者康复训练处方或进行处方优化。2.根据权利要求1所述的一种人体生物及运动信息联合采集与分析系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：都明宇，涂亮杰，蔡世波，范冰飞，鲍官军，韦威，陈迪沛，邵明宇，吕博文，姚艺赟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：