本发明专利技术公布了一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，所述系统包括康复机器人机械臂、虚拟训练环境客户端、下位机控制系统、网络通信单元、上位机监控系统。该机器人系统通过检测安装在机械臂中位置和力传感器测量的数据得到患肢的状态，医师根据患肢的状态在上位机监控系统中选择合适的训练模式和虚拟训练环境，设置合理的训练控制参数，通过网络通信单元发送控制指令到下位机控制系统，下位机控制系统采用控制算法通过驱动电机辅助患者进行康复训练。本发明专利技术通过转换机械臂的结构可以完成竖直方向上的踏车式的上下肢康复训练和水平方向上的上肢康复训练，并且在康复训练过程中加入了虚拟训练环境，实现远程康复训练系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种康复机器人系统，具体为一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统。
技术介绍
康复机器人作为一种自动化康复医疗设备，以医学理论为依据，帮助患者进行科学而又有效的康复训练，可以使患者的运动机能得到更好的恢复。康复机器人由计算机控制，并配有相应的传感器和安全系统，康复训练在设定的程序下自动进行，可以自动评价康复训练效果，根据患者的实际情况调节运动参数，实现最佳训练。康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。1991年，MIT设计完成了第一台上肢康复训练机器人系统MIT-MANUS ;2005年，瑞士苏黎世大学的Nef等开发了一种新型的上肢康复机器人ARMin ；1999年，Reinkensmeyer等研制了辅助和测量向导 ARM-Guide ；2000年，Rutgers和Manford医学院研制了一套家用康复医疗机器人系统。国内用于康复医疗训练的机器人系统比较少，但也正在开展相关研究。清华大学在国家“863” 计划支持下，从2000年起即开展了机器人辅助神经康复的研究，研制了一种上肢康复设备 UECM ；东南大学宋爱国等将力反馈遥感操作机器人技术应用于康复医疗，设计了基于互联网的，一对多的力觉辅助远程康复医疗机器人系统。申请号为“200710168725. 1”、名称为“一种穿戴式手功能康复机器人及其控制系统”，公开一种可穿戴式手功能康复机器人，主要用于辅助因脑中风、脑外伤、脊椎损伤以及周围神经损伤导致手运动功能障碍的患者在社区或者家庭中重复进行运动功能康复训练， 这种康复机器人虽然自由度多，还加入了虚拟环境来提高患者的主动性与训练兴趣，但是其没有加入网络通信，患者只能够在医院或者相应的康复训练机构才能进行训练，属于典型的本地康复机器人。申请号为“200810064878. 6”、名称为“五自由度外骨骼式上肢康复机器人”该机器人为患者提供各关节的单关节运动与三维空间多关节复合运动，并提供简单、基本的日常生活动作训练，这种康复机器人虽然自由度比较多，动作范围较大，训练动作较一般康复机器人复杂，但是它没有加入虚拟训练环境，训练过程中患者难免会产生厌烦情绪，影响康复训练的效果。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，通过改变机械臂的结构分别可以完成水平方向和竖直方向上的康复训练，加入虚拟训练环境使得整个康复训练过程不再那么乏味，提高了患者的参加康复训练的主动性和兴趣性，并且加入网络通信单元使得患者在家中就可以进行康复训练，而医师在医院就可以通过上位机监控系统实时的观察患者训练状态，发送康复训练指令。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，包括康复机器人机械臂、虚拟训练环境客户端、下位机控制系统、网络通信单元、上位机监控系统，其中康复机器人机械臂分别和虚拟训练环境客户端、下位控制系统互连，网络通信单元分别与虚拟训练环境客户端、下位机控制系统、上位机监控系统互连。所述康复机器人机械臂包括底座、第一和第二支撑杆固定部分、第一和第二支撑杆可伸缩部分、第一和第二旋转摇杆、显示器、可变换结构的机械臂，其中第一和第二支撑杆的固定部分分别安装在底座上，第一、第二旋转摇杆分别安装在对应的第一、第二支撑杆的固定部分上，第一、第二支撑杆的可伸缩部分分别安装在对应的第一、第二支撑杆的固定部分上，显示器安装在第二支撑杆的可伸缩部分上，可变换结构的机械臂安装在第一支撑杆的可伸缩部分上。所述可变换结构的机械臂包括机械臂固定部分、机械臂可旋转部分、旋转轴，患者手柄、托板、肢体护板、手柄连杆、传动轴、力传感器、位置传感器和直流力矩电机，机械臂可旋转部分通过旋转轴与机械臂固定部分连接，直流力矩电机安装在机械臂可旋转部分内部，位置传感器安装在直流力矩电机的转轴上，传动轴与直流力矩电机的转轴相连，手柄连杆安装在传动轴上，肢体护板安装在手柄连杆上，托板和患者手柄安装在肢体护板上，力传感器安装在患者手柄上。所述下位机控制系统包括运动信号采集电路、信号调理电路、ARM系统电路、键盘电路、LCD显示电路、网络接口电路、存储卡电路、光耦隔离电路和驱动放大电路，其中运动信号采集电路的输入端与康复机器人机械臂的运动信号输出端相连，运动信号采集电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端、键盘电路的输出端分别与 ARM系统电路的输入端相连，LCD显示电路的输入端、光耦隔离电路的输入端分别与ARM系统电路的输出端相连，网络接口电路、存储卡电路与ARM系统电路互连，光耦隔离电路的输出端与驱动放大电路的输入端相连，驱动放大电路的输出端与康复机器人机械臂的控制信号输入端相连，网络接口电路与上位机监控系统互连。所述虚拟训练环境客户端包括运行虚拟训练环境软件的PC机和虚拟训练环境软件，所述虚拟训练环境软件采用OpenGL开发。所述网络通信单元采用hternet进行网络通信。与现有技术相比，本专利技术的主要优点有1、现有的康复机器人一般只能完成上肢或者下肢的康复训练，训练模式比较单一，而本专利技术通过转换机械臂的结构，可以完成水平方向上的上肢康复训练和竖直方向上的上肢或下肢的多功能康复训练。2、加入了虚拟训练环境，给予患者视觉和力觉的反馈，使得患者更易于理解康复训练的要求，并在康复训练过程中为患者提供暗示和帮助，使得枯燥乏味的训练过程变得有趣生动，激发病人训练的主动性和积极性，达到更好的康复训练效果。3、加入网络通信单元，患者既可以住院治疗，也可以进行远程康复训练，患者端和医生端采用客户机/服务器的方式，通过hternet连接，医生可以远程设置训练参数，控制机械臂的运动模式，训练过程中的力和位置信息以及视频信息通过hternet发送给医生， 使医生可以监控到患者的训练情况，并及时地修改康复训练方案，有效地实现医患互动，提高诊疗效率。 附图说明图1为本专利技术的总体结构图；图2为本专利技术的康复机器人机械臂的整体结构和外观示意图；图3为本专利技术的可变换结构的机械臂的结构示意图；图4为本专利技术的下位机控制系统的结构示意图；图5为本专利技术的虚拟训练环境软件运行流程示意图；图6为本专利技术的工作流程示意图。具体实施例方式下面参考附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术设计的一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，它包括康复机器人机械部分1、虚拟训练环境客户端2、下位机控制系统3、网络通信单元4、上位机监控系统5，其中康复机器人机械臂1是带动患者的患肢进行康复训练的执行机构；虚拟训练环境客户端2提供与患者交互的虚拟环境场景，下位机控制系统3接收处理传感器采集的数据，接收上位机监控系统5的指令，控制整个系统的运行；网络通信单元4负责虚拟训练环境客户端2、下位机控制系统3、上位机监控系统5之间的数据通信、命令传输；上位机监控5实时显示康复训练数据供医师参考，然后设置康复训练参数，发送指令。如图2所示，所述的康复机器人机械臂1包括底座6、第一和第二支撑杆固定部分 7、8、第一和第二支撑杆可伸缩部分9、10、第一和第二旋转摇杆11、12、显示器13、可变换结构的机械臂14，其中第本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，其特征在于包括康复机器人机械臂（１）、虚拟训练环境客户端（２）、下位机控制系统（３）、网络通信单元（４）、上位机监控系统（５），其中康复机器人机械臂（１）分别和虚拟训练环境客户端（２）、下位控制系统（３）互连，网络通信单元（４）分别于虚拟训练环境客户端（２）、下位机控制系统（３）、上位机监控系统（５）互连。
【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，其特征在于包括康复机器人机械臂⑴、虚拟训练环境客户端⑵、下位机控制系统(3)、网络通信单元(4)、上位机监控系统 (5)，其中康复机器人机械臂⑴分别和虚拟训练环境客户端O)、下位控制系统(3)互连， 网络通信单元(4)分别于虚拟训练环境客户端O)、下位机控制系统(3)、上位机监控系统 (5)互连。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，其特征在于所述康复机器人机械臂(1)包括底座(6)、第一和第二支撑杆固定部分(7、8)、第一和第二支撑杆可伸缩部分(9、10)、第一和第二旋转摇杆(11、12)、显示器(13)和可变换结构的机械臂(14)，其中第一和第二支撑杆的固定部分(7、8)分别安装在底座(6)上，第一、第二旋转摇杆(11、1幻分别安装在对应的第一、第二支撑杆的固定部分(11、1幻上，第一、第二支撑杆的可伸缩部分(9、10)分别安装在对应的第一、第二支撑杆的固定部分(7、8)上，显示器(13)安装在第二支撑杆的可伸缩部分(10)上，可变换结构的机械臂(14)安装在第一支撑杆的可伸缩部分(9)上。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟训练环境的网络化康复机器人系统，其特征在于所述可变换结构的机械臂(14)包括机械臂固定部分(15)、机械臂可旋转部分(16)、旋转轴(17)，患者手柄(18)、托板(19)、肢体护板(20)、手柄连杆(21)、传动轴(22)、力传感器 (23)、位置传感器04)和直流力矩电机(25)，机械臂可旋转部分(16)通过旋转轴(17)与机械臂固定部分(15...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆军，花升生，李超，李春华，刘利，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：32
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