【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于康复医疗，涉及一种基于多模态融合的康复系统，融合了生物力学、康复医学、人工智能、机器人学，以及虚拟现实技术。
技术介绍
1、现代医疗和康复领域越来越重视个性化治疗和数据驱动的决策制定。患者和康复专家正在寻找更加精确、定制化且高效的康复方法。在这个背景下，患者和医疗服务提供者对能够提供及时反馈、促进快速恢复，且能够满足个性化定制的高科技康复解决方案成了新的需求。然而现有产品市场主要侧重于提供传统的物理治疗设备或用简单的虚拟现实技术进行辅助治疗，而且产品功能大部分比较单一，这些产品虽然在康复治疗领域有一定的作用，但存在诸多不足。
2、首先，它们通常缺乏复杂的运动捕捉和实时反馈机制，这限制了其治疗的个性化和准确性。其次，这些产品在模拟真实环境方面的能力较弱，不足以提供沉浸式的康复训练。由此，它们在用户互动和参与感方面也不尽人意，这也会影响治疗效果。
3、具体来说现有的技术不足和局限性如下：
4、●康复训练缺乏趣味性和动力：传统的康复训练往往是单调和重复的，患者容易感到厌倦和沮丧，导致训练效果不佳和依从性低下。
5、●康复评估缺乏客观性和准确性：传统的康复评估往往是基于主观的观察和量表，缺乏客观的数据和标准，导致评估结果不可靠和不一致。
6、●康复环境缺乏逼真性和效果转化差：传统的康复只是用固定和单一设备，不能模拟真实的生活场景和运动条件，导致训练效果和转化效果不理想。
7、●分析数据粗略缺乏精细性：有些设备只有部分基础的数据分析工具，不能提供更精细的
8、●数据缺乏精确且全面性：另外一些康复设备虽然也能提供精准的数据，但是它们只是单一的物理治疗设备，系统只专注于特定的康复任务或身体部位，无法提供全身综合训练和分析。
9、●无法更深入的数据分析：尽管现有系统能提供实时数据，但深度学习和人工智能的应用于运动分析和预测性模型还有待进一步开发。
10、因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于多模态融合的康复系统，提供了一个互动性强、反馈即时的康复环境，有效促进了患者的康复进程，并为康复临床和运动分析提供了新的视角和方法。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现：
3、一种基于多模态融合的康复系统，包括：
4、基板，所述基板为一块承载板，基板上方设置有供患者站立的跑步平台，基板下方设置有六自由度平台；
5、跑步平台，所述跑步平台通过多个力传感器安装在基板上，每个所述力传感器均能够分别输出x、y、z的力分量，控制器基于力传感器获得的数据计算人体加速度；
6、六自由度平台，包括电机驱动的摆臂机构，所述基板在摆臂机构的带动下能x、y、z三个方向上进行平移和旋转，获得三个平移自由度和三个旋转自由度，总共具有六个自由度；
7、摄像头，所述摄像头朝向跑步平台并对跑步平台上的患者形成360度全覆盖；所述摄像头能捕捉患者身上的反光标记并将获得的图像信息传递给后端服务器，后端服务器获得人体的坐标并基于坐标计算获得人体运动数据；
8、后端服务器，所述后端服务器与力传感器和控制器电性连接；所述后端服务器根据力传感器获得的力分量获得跑步平台的受力情况、扭矩情况和压力中心点坐标，并基于受力情况、扭矩情况、压力中心点坐标和人体运动数据来调整六自由度平台的偏转角度；
9、控制器，所述控制器分别与跑步平台上的电机和六自由度平台上的电机电性连接，接收来自后端服务器的指令并调整六自由度平台的平移和旋转位置和跑步平台上的移动。
10、进一步来说，所述康复系统提供虚拟现实环境的环形银幕或者vr/ar头显。环形银幕或者vr/ar头显为患者打造了一个沉浸式的康复空间，增强康复训练的互动性和趣味性，激发了患者的参与动力。
11、后端服务器内置有动作捕捉系统，该动作捕捉系统通过摄像头能够捕捉到患者的步态参数、关节角度等信息，为康复专业人员提供详细的运动分析数据。
12、通过精确的运动捕捉和分析提高了康复评估的客观性和准确性。高度逼真且可控的训练环境不但提升了患者的康复效果，同时为研究人员提供了全面而精准的数据支持，有效弥补了传统康复手段的不足。
13、本专利技术中所述跑步平台为单履带跑步平台、双履带跑步平台或全方向跑步平台。
14、进一步来说，单履带跑步平台上具有移动平台，移动平台包括一条跑步履带，该跑步履带由独立的电机驱动。使用时，用户的双脚同时踩在该跑步履带上。单履带跑步平台上具有扶手，扶手上安装急停开关。通电状态下启动系统能带动跑步履带循环移动。上述电机与控制器连接，用以调整移动平台的速度。
15、进一步来说，双履带跑步平台上具有移动平台，移动平台包括两条独立的跑步履带，上述两条跑步履带均由独立的电机单独驱动。双履带跑步平台4上具有扶手，扶手上安装急停开关。通电状态下启动系统能带动跑步履带循环移动。上述两个电机与控制器连接，用以调整移动平台的速度。
16、双履带跑步平台实现对左右脚的分别控制，实现了：前向异频，后向异频，异向同频，同向同频等模式，以达到矫正患侧腿运动的目的。异频、异向的履带运动方式，能够更好的训练左右脚步速不一致的病人。
17、进一步来说，所述全方向跑步平台包括跑台框架，所述跑台框架上设置有电机驱动的纵向循环轨道，多个横向移动模块的两端固定在所述纵向循环轨道上并能跟随纵向循环轨道移动；所述横向移动模块的下方设置有至少一组传动轴组件，所述传动轴组件上设置有与其上方的横向循环轨道摩擦接触的全向轮，所述横向循环轨道通过与全向轮摩擦实现移动。
18、在一个实施例中，所述横向循环轨道的内侧面为柔性齿带结构，所述横向移动模块内枢轴连接有至少一个与柔性齿带结构啮合的传动齿轮，所述传动齿轮与全向轮上下对应并共同带动横向循环轨道移动。通过双向夹紧的方式更好的将全向轮的动能转化为横向循环轨道的移动。
19、进一步来说，所述全向轮包括轮毂以及设置在轮毂周围的若干个辊子，所述辊子可沿其自身轴线转动；所述辊子的轴线与轮毂的中心孔轴线在空间上呈90°分布。辊子与横向循环轨道接触摩擦，带动横向循环轨道的移动。
20、在这三种系统中，电机与控制器的连接不仅用于调节速度，还能通过六维力传感器(力传感器中的一种)或电机力矩模式进行精细调节，使移动平台能够根据用户跑步状态自适应的控制速度，或者根据系统设定的速度运行。这种高级的控制机制使得平台能够更好地适应各种不同用户的需求，特别是在医疗康复和专业运动训练方面具有显著优势。
21、在一个实施例中，所述六自由度平台包括固定板，所述固定板固定设置在基板的正下方；所述摆臂机构的上端枢轴连接在固定板上，所述摆臂机构在固定板上的交汇点以单独/聚合的形式形成交汇区，所述交汇区在固定板上呈“三角形”分布；所述摆臂机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多模态融合的康复系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的康复系统，其特征在于：所述康复系统提供虚拟现实环境的环形银幕或者VR/AR头显。
3.根据权利要求1或2所述的康复系统，其特征在于：所述跑步平台为单履带跑步平台、双履带跑步平台或全方向跑步平台。
4.根据权利要求3所述的康复系统，其特征在于：所述全方向跑步平台包括跑台框架，所述跑台框架上设置有电机驱动的纵向循环轨道，多个横向移动模块的两端固定在所述纵向循环轨道上并能跟随纵向循环轨道移动；所述横向移动模块的下方设置有至少一组传动轴组件，所述传动轴组件上设置有与其上方的横向循环轨道摩擦接触的全向轮，所述横向循环轨道通过与全向轮摩擦实现移动。
5.根据权利要求4所述的康复系统，其特征在于：所述横向循环轨道的内侧面为柔性齿带结构，所述横向移动模块内枢轴连接有至少一个与柔性齿带结构啮合的传动齿轮，所述传动齿轮与全向轮上下对应并共同带动横向循环轨道移动。
6.根据权利要求4或5中所述的康复系统，其特征在于：所述全向轮包括轮毂以及设置在轮毂周围的若干个辊子，
7.根据权利要求1或2所述的康复系统，其特征在于：所述六自由度平台包括固定板，所述固定板固定设置在基板的正下方；所述摆臂机构的上端枢轴连接在固定板上，所述摆臂机构在固定板上的交汇点以单独/聚合的形式形成交汇区，所述交汇区在固定板上呈“三角形”分布；所述摆臂机构包括驱动组件，所述驱动组件上枢轴连接有摆臂，所述固定板上固定设有定位块，曲柄组件的上端枢轴连接在定位块上，曲柄组件的下端枢轴连接在摆臂上。
8.根据权利要求7所述的康复系统，其特征在于：所述曲柄组件包括曲柄，所述曲柄的上端设有轴承座，衔接件A的一端插入至轴承座内并枢轴连接在轴承座上，所述衔接件A的另一端设置有短轴A，衔接件B的一端铰接在短轴A上，所述衔接件B的另一端枢轴连接在定位块上；所述曲柄的下端设置有短轴B,衔接件C的一端铰接在短轴B上，所述衔接件C的另一端枢轴连接在摆臂上。
9.根据权利要求1所述的康复系统，其特征在于：所述控制器采用单神经元自适应PID算法，公式为：
10.根据权利要求9所述的康复系统，其特征在于：所述跑步平台为全方位跑步平台时，所述控制器计算人体加速度的方法如下：
11.根据权利要求9所述的康复系统，其特征在于：所述跑步平台为单履带跑步平台或双履带跑步平台时，所述控制器计算人体加速度的方法如下：
12.根据权利要求1所述的康复系统，其特征在于：所述后端服务器内置有混沌算法并采用混沌算法来控制六自由度平台的三个平移自由度和三个旋转自由度。
13.根据权利要求12所述的康复系统，其特征在于：所述混沌算法公式为：
14.根据权利要求1所述的康复系统，其特征在于：所述跑步平台的受力情况、扭矩情况和压力中心点坐标采用多传感器耦合算法获得，包括在标定坐标系原点为跑步平台下表面的中心点的基础上，所述跑步平台受到的力和扭矩，采用如下计算公式：
15.根据权利要求14所述的康复系统，其特征在于：所述跑步平台压力中心点坐标采用如下计算公式：
16.根据权利要求1所述的康复系统，其特征在于：所述康复系统采用的多模态融合算法步骤如下：
17.根据权利要求16所述的康复系统，其特征在于：步骤2中的所述归一化算法的公式为
18.根据权利要求16所述的康复系统，其特征在于：步骤3中的所述特征提取，对于关节角度曲线，提取出每个步态周期内关节角度的最大值、最小值、均值和标准差；
19.根据权利要求18所述的康复系统，其特征在于：将得到的关节角度特征与步频、步幅、一个步态周期内COP面积组合成融合的特征集：
20.根据权利要求19所述的康复系统，其特征在于：步骤19中得到的特征集，使用MLP神经网络分类算法，得到步态分类。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多模态融合的康复系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的康复系统，其特征在于：所述康复系统提供虚拟现实环境的环形银幕或者vr/ar头显。
3.根据权利要求1或2所述的康复系统，其特征在于：所述跑步平台为单履带跑步平台、双履带跑步平台或全方向跑步平台。
4.根据权利要求3所述的康复系统，其特征在于：所述全方向跑步平台包括跑台框架，所述跑台框架上设置有电机驱动的纵向循环轨道，多个横向移动模块的两端固定在所述纵向循环轨道上并能跟随纵向循环轨道移动；所述横向移动模块的下方设置有至少一组传动轴组件，所述传动轴组件上设置有与其上方的横向循环轨道摩擦接触的全向轮，所述横向循环轨道通过与全向轮摩擦实现移动。
5.根据权利要求4所述的康复系统，其特征在于：所述横向循环轨道的内侧面为柔性齿带结构，所述横向移动模块内枢轴连接有至少一个与柔性齿带结构啮合的传动齿轮，所述传动齿轮与全向轮上下对应并共同带动横向循环轨道移动。
6.根据权利要求4或5中所述的康复系统，其特征在于：所述全向轮包括轮毂以及设置在轮毂周围的若干个辊子，所述辊子可沿其自身轴线转动；所述辊子的轴线与轮毂的中心孔轴线在空间上呈90°分布。
7.根据权利要求1或2所述的康复系统，其特征在于：所述六自由度平台包括固定板，所述固定板固定设置在基板的正下方；所述摆臂机构的上端枢轴连接在固定板上，所述摆臂机构在固定板上的交汇点以单独/聚合的形式形成交汇区，所述交汇区在固定板上呈“三角形”分布；所述摆臂机构包括驱动组件，所述驱动组件上枢轴连接有摆臂，所述固定板上固定设有定位块，曲柄组件的上端枢轴连接在定位块上，曲柄组件的下端枢轴连接在摆臂上。
8.根据权利要求7所述的康复系统，其特征在于：所述曲柄组件包括曲柄，所述曲柄的上端设有轴承座，衔接件a的一端插入至轴承座内并枢轴连接在轴承座上，所述衔接件a的另一端设置有短轴a，衔接件b的一端铰接在短轴a上，所述衔接件b的另...
【专利技术属性】
技术研发人员：方明微，柯鹏飞，程鹏辉，
申请(专利权)人：上海途滕智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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