【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于上肢康复设备，更具体地，涉及一种振动触觉致动器及控制方法、评估方法和可穿戴康复装置。
技术介绍
1、近年来，如图1所示，力触觉技术被应用到康复系统中，将虚拟世界中的交互作用力反馈给使用者，产生对虚拟场景中物体部分物理属性和力学状态（如重力、接触力、撞击、牵引力等）的感知，极大地增强了虚拟康复的沉浸感、交互性和构想性。
2、基于桌面式力触觉反馈康复系统：在近20年的文献报道中，用于康复的力触觉反馈设备多为桌面式的，占全部文献的80%。这种触觉力反馈设备位于桌子上并且通过使用电动机和联动装置利用来自桌子的反作用力来推动用户。geomagic公司的 touch系列，forcedimension公司的 omega和 delta系列等均为这类设备。pruna等人利用geomagic touch力反馈设备设计了虚拟浇花任务程序，显著提升患者康复兴趣和参与愿望。hussain等人基于同样的设备开发了一套虚拟目标指向任务用于评估患者上肢的转移活动能力。kim等基于novint falcon的3d touch haptic controller 开发了虚拟3d空间曲线引导任务游戏，分析了康复模型与任务难度之间的关系。fluet等则利用phantom omni力反馈设备开发了一套虚拟的钉板测试系统来评估患者的定位能力。南开大学的孙宁团队使用omega.7 力反馈设备设计了用于上肢功能训练的精细运动控制任务。北航的樊瑜波团队则同样基于omega.7 力反馈设备开发了一套虚拟手功能评测系统（vbbt），该系统使用力渲染算法来计
3、可穿戴式力触觉反馈设备：levin等利用商业化的cyberglove力反馈手套设计了生活常见物体的抓握任务，为患者在虚拟康复环境提供更真实的体验。alamri等基于cybergrasp系统，开发了多种虚拟抓握任务，用于患者康复进展的评估。李敏等开发了具有指尖皮肤触觉刺激的外骨骼手功能康复系统，结果显示额外的触觉刺激显著提供了参与者的注意力水平。leonardis等开发了一套调节指尖皮肤拉伸形变的可穿戴触觉装置，该装置提供触觉反馈时，被试者可以更精确的执行抓取任务，抓取力也更接近自然状态。uchiyama等研究了基于振动马达3x3阵列布置的触觉手套。karime等开发了用于腕关节康复的振动触觉手套，使用布置在手背的两个振动马达来指示规定的动作。
4、上述的研究表明力触觉反馈在康复应用中的积极影响，并具有其他反馈手段不可替代的作用。基于桌面式的力触觉设备，能创造出良好的矢量力觉反馈感受，但这种设备的体积大，价格昂贵，并且大部分局限于手指的抓握或力反馈，运动范围极小，难以胜任居家的肢体康复任务。可穿戴设备的研究也都主要集中在对指尖等部位提供压迫型力触觉反馈，但是穿戴复杂，设备结构也复杂，且作用范围和适用位置有较大局限性；或采用多个振动马达组合实现震动触觉指示，而且触觉反馈的力的方向单一，组合的触觉感受还需要大脑进一步加工理解其指示意义，加大患者理解和使用难度，并且难以应用在肢体的大范围康复引导上。
5、近年来，随着远程医疗技术、康复机器人技术和虚拟现实技术等的发展，居家康复越来越受到人们的关注，密歇根大学的langan等人的研究表明，居家康复可以获得和住院康复一样的效果。然而，如何有效监测并评价患者居家康复进程、功能状况以帮助康复医师进一步制定个体化的康复治疗方案，一直是居家康复发展的瓶颈。
6、康复评估量表的自动化评估研究：国外有大量研究基于多个传感器节点组成的无线躯体传感网络，以实现运动功能评估的自动化和定量化，并将之用于老年人和慢性病患者的居家监护。patel等用加速度传感器来自动估计 wolf 运动功能评价量表(wmft-fas)得分；王景丽等利用极限学习机建立了fma量表得分自动预测模型，该模型可对肩肘部得分进行精确地自动预测；王纪平等基于grnn模型，利用两个惯性传感器获取患者运动数据，提出了brunstrom自动评估方法；朱吉鸽等基于运动姿态与肌电融合信息构建了模糊支持向量机，实现脑卒中患者上肢运动功能的实时brunstrom分期评估。
7、肢体运动功能障碍的评估研究：uswatte等通过对 169名脑卒中患者的研究发现，加速度传感器可以捕获反映上肢运动功能障碍程度的临床相关信息；bonnechere等以关节运动范围为参考指标，验证了kinect骨骼跟踪系统在运动功能评估过程中的有效性和可靠性；张哲等运用姿态传感器分别测试了健康受试者与脑卒中患者对同一上肢评估动作的位姿数据，并通过计算二者之间的动态时间规整距离，较为准确地区分了不同病情患者的上肢运动功能；席旭刚等研究通过融合时域、时-频域及熵域内的表面肌电特征，并运用支持向量机验证了表面肌电信号在运动康复监测中的有效性。
8、上述研究大多采用运动传感器、肌电信号等采集数据后，实现对特定量表的自动平分，但大部分是滞后评判，或仅用于康复后的运动功能等评估。这些研究都较少或没有考虑康复过程中的康复动作、康复方案是否符合预期，而且也没有将康复训练过程与康复评价有机结合，没有实现实时动态评估，存在一定的局限性。
技术实现思路
1、提供了本专利技术以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种振动触觉致动器及控制方法、评估方法和可穿戴康复装置，通过矢量力触觉反馈引导技术研究，并对肢体康复状态进行动态量化评估，建立一套触觉刺激-神经冲动传导-动作产生-量化评估-动态纠正的人-机闭环的康复训练模式，并以此为基础研发一套面向居家康复的可穿戴康复系统，为实现患者康复的居家化、日常化、智能化和自适应化，具有重要的实际应用意义和社会经济价值。
2、根据本专利技术的第一方案，提供一种振动触觉致动器，包括多个lra致动器，多个lra致动器采用机械隔离的方式单独布置形成空间四面体结构，所述空间四面体结构用于合成产生任意的触觉力矢量。
3、进一步地，通过设计计算和数值仿真确立三维线性力矢量和三维扭矩矢量的矢量力触觉致动器的空间阵列布置构型和机械解耦隔振形式。
4、进一步地，所述lra致动器设置为6个。
5、根据本专利技术的第二方案，提供一种如上所述的振动触觉致动器的控制方法，所述方法包括：
6、当lra致动器在控制周期内输出冲量为0的情况下，通过控制lra质量块往返的时间差，获得在力脉冲幅值更高方向上的更大的皮肤变形；
7、通过对空间阵列的多个lra致动器的有序非对称控制来合成实现指定方向上的选择性振动，形成以三维空间力矢量和三维空间扭矩矢量合成的六维的矢量力触觉反馈。
8、进一步地，基于所述振动触觉致动器的lra致动器布置构型及频响特性，建立输出任意指定矢量力和矢量扭矩的矩阵方程，并以各lra致动器的共振频率点为控制输出信号频率，获得最优的矢量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种振动触觉致动器，其特征在于，包括多个LRA致动器，多个LRA致动器采用机械隔离的方式单独布置形成空间四面体结构，所述空间四面体结构用于合成产生任意方向的触觉力矢量。
2.根据权利要求1所述的振动触觉致动器，其特征在于，通过设计计算和数值仿真确立三维线性力矢量和三维扭矩矢量的矢量力触觉致动器的空间阵列布置构型和机械解耦隔振形式。
3.根据权利要求1所述的振动触觉致动器，其特征在于，所述LRA致动器设置为6个。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的振动触觉致动器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述振动触觉致动器的LRA致动器布置构型及频响特性，建立输出任意指定矢量力和矢量扭矩的矩阵方程，并以各LRA致动器的共振频率点为控制输出信号频率，获得最优的矢量力触觉合成控制效果。
6.一种康复过程的动态量化评估方法，其特征在于，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过如下方法建立多关节约束滤波模型：
8.一种康复过程的动态量化
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述构建模块被进一步配置为：
10.一种上肢可穿戴康复装置，其特征在于，包括若干个节点，每个节点内设置有如权利要求1至3中任一项所述的振动触觉致动器、IMU传感器以及如权利要求8至9中任一项所述的动态量化评估装置，所述上肢可穿戴康复装置用于实现对角线螺旋运动模式的康复动作的训练任务，融合矢量触觉反馈，引导患者完成对角线螺旋运动模式训练，并通过所述动态量化评估装置实现训练的动态量化评估。
...【技术特征摘要】
1.一种振动触觉致动器，其特征在于，包括多个lra致动器，多个lra致动器采用机械隔离的方式单独布置形成空间四面体结构，所述空间四面体结构用于合成产生任意方向的触觉力矢量。
2.根据权利要求1所述的振动触觉致动器，其特征在于，通过设计计算和数值仿真确立三维线性力矢量和三维扭矩矢量的矢量力触觉致动器的空间阵列布置构型和机械解耦隔振形式。
3.根据权利要求1所述的振动触觉致动器，其特征在于，所述lra致动器设置为6个。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的振动触觉致动器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述振动触觉致动器的lra致动器布置构型及频响特性，建立输出任意指定矢量力和矢量扭矩的矩阵方程，并以各lra致动器的共振频率点为控制输出信...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晗，徐东，李益斌，张珝，
申请(专利权)人：同济大学浙江学院，
类型：发明
国别省市：
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