多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，包括支撐框架（100），其特征在于，在所述支撐框架（100）上設(shè)置有：多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)（200）；髖部結(jié)構(gòu)（300）；體重支撐平衡結(jié)構(gòu)（400）；控制系統(tǒng)（500）；安全裝置；情感感應(yīng)模塊（600）；遠(yuǎn)程交流模塊（700）；等。它解決現(xiàn)有技術(shù)中康復(fù)醫(yī)療活動主要依賴醫(yī)護人員完成，勞動強度大，訓(xùn)練強度標(biāo)準(zhǔn)不一的技術(shù)問題。本發(fā)明在醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練中代替醫(yī)療工作者，大大降低人力成本，提高康復(fù)訓(xùn)練的精確度，個體適應(yīng)性更強、康復(fù)效果好。
【專利說明】
多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療康復(fù)機器人，尤其涉及一種多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]康復(fù)醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)一個新分支的學(xué)科，主要涉及到利用物理因子和方法(包括電、光、熱、聲、機械設(shè)備和主動活動)以診斷、治療和預(yù)防殘疾和疾病(包括疼痛)，消除或減輕功能障礙，幫助他們發(fā)揮殘留功能，恢復(fù)其生活能力，工作能力以重新回歸社會。主要面向慢性病人及傷殘者，強調(diào)功能上的康復(fù)，而且是強調(diào)體功能康復(fù)，使患者不但在身體上，而且在心理上和精神上得到康復(fù)。這些特點決定了康復(fù)，相對于醫(yī)院的“治療”，往往是一個漫長和持續(xù)的過程。
[0003]同時，由于康復(fù)醫(yī)護人員的緊缺以及復(fù)健步驟所需的高昂費用，傳統(tǒng)的(通過人力的)康復(fù)師和病人之間一對一的康復(fù)訓(xùn)練面臨挑戰(zhàn)。這種高強度和特殊的康復(fù)介入手段使得我們不能只依賴于傳統(tǒng)的康復(fù)技術(shù)，我們需要借助科技的手段。醫(yī)療界已發(fā)展出很多幫助病人進(jìn)行步態(tài)康復(fù)的方法。
[0004]機器人科技的引進(jìn)可使醫(yī)療人員避免重復(fù)的體力勞動，更專注于康復(fù)的質(zhì)量。機器人在這里代替了醫(yī)療人員的手，使得醫(yī)療人員通過調(diào)整機器人的設(shè)置把重心放在引導(dǎo)和監(jiān)督機器人上。目前關(guān)于怎樣設(shè)計一個完全迎合康復(fù)過程中遇到的挑戰(zhàn)的機器人的研究還很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中，醫(yī)療康復(fù)主要依靠人力，康復(fù)機械人技術(shù)不成熟、應(yīng)用少的技術(shù)問題，提供一種多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，逼真地模仿康復(fù)動作，以達(dá)到最好的康復(fù)效果。
[0006]為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，包括支撐框架(100)，其特征在于，在所述支撐框架(100)上設(shè)置有:
[0008]多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)(200)，用于向使用者提供多種模擬的康復(fù)動作，并接受使用者反饋的信息；
[0009]髖部結(jié)構(gòu)(300)，用于向使用者提供髖部的康復(fù)動作；
[0010]體重支撐平衡結(jié)構(gòu)(400)，用于在使用者動作時向其提供支撐；
[0011 ]控制系統(tǒng)(500)，根據(jù)運動軌跡作出指令，協(xié)調(diào)康復(fù)動作中的腳步和胯部同時動作；
[0012]安全裝置，用于在緊急情況下安全地停止康復(fù)動作；
[0013]情感感應(yīng)模塊(600)，用于感知和反饋使用者的情緒變化；
[0014]遠(yuǎn)程交流模塊(700)，與互聯(lián)網(wǎng)連接，用于使處于遠(yuǎn)端的醫(yī)護人員能和使用者在康復(fù)訓(xùn)練過程中進(jìn)行交流與指導(dǎo)。
[0015]進(jìn)一步地，所述多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)(200)包括一對腳踏板(201)，每一腳踏板(201)具有X軸、Y軸、Z軸及Θ軸四個方向的自由度，腳踏板可在第一動力裝置(202)的驅(qū)動下繞Θ軸轉(zhuǎn)動，同時，腳踏板可在第二動力裝置(203)作用下分別沿X軸、Y軸、Z軸發(fā)生位移，在腳踏板的下方設(shè)置有用于感應(yīng)X軸、Y軸及Z軸方向上的壓力的負(fù)載傳感器(204)，負(fù)載傳感器連接控制系統(tǒng)(500)。
[0016]進(jìn)一步地，所述髖部結(jié)構(gòu)(300)包括可柔性地固定在使用者髖部的第一支架(301)，所述第一支架可在第三動力裝置(302)作用下旋轉(zhuǎn)、傾斜、彎曲和伸展。
[0017]進(jìn)一步地，所述體重支撐平衡結(jié)構(gòu)(400)包括:可固定于使用者的身體吊帶(401)、滑輪系統(tǒng)(402)、動力裝置(403)，身體吊帶與動力裝置之間通過繩索(404)和滑輪系統(tǒng)連接，所述體重支撐平衡結(jié)構(gòu)還包括用于檢測繩索張力的張力檢測裝置。
[0018]進(jìn)一步地，所述身體吊帶(401)具有用于固定臀部和骨盆的吊帶。
[0019]進(jìn)一步地，所述多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)(200)是可拆卸的，并且可以單獨使用。
[0020]進(jìn)一步地，所述髖部結(jié)構(gòu)(300)是可拆卸的，并且可以單獨使用。
[0021]進(jìn)一步地，所述支撐框架(100)包括垂直支撐結(jié)構(gòu)(101)、垂直移動滑架(102)和被動水平移動彈簧結(jié)構(gòu)(103)。
[0022]進(jìn)一步地，所述支撐框架(100)具有提供給使用者雙手支撐的一套臂架(104)。
[0023]本發(fā)明的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，在使用過程中，可收集使用者康復(fù)動作過程中的多種模態(tài)的信息，如反作用力、情緒等，并將該些信息反饋給控制系統(tǒng)，從而使醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練成為針對不同個體的、滿足個體差異的定制型訓(xùn)練活動，個體適應(yīng)性更強，康復(fù)效果好；同時，通過遠(yuǎn)程交流接口，可使處于遠(yuǎn)端的醫(yī)護人員能和使用者在康復(fù)訓(xùn)練過程中進(jìn)行交流和指導(dǎo)，使用方便。綜上，本發(fā)明可在醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練中代替醫(yī)療工作者，大大降低人力成本，提高康復(fù)訓(xùn)練的精確度，康復(fù)效果好。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明支撐框架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2、圖3、圖4a_4e、圖5a_5b以及圖6為本發(fā)明多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明髖部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8a、8b為本發(fā)明體重支撐平衡結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖9為本發(fā)明髖部結(jié)構(gòu)的第一支架的細(xì)節(jié)圖；
[0029]圖10為本發(fā)明髖部結(jié)構(gòu)的動力裝置的細(xì)節(jié)圖；
[0030]圖11為本發(fā)明髖部結(jié)構(gòu)的第一支架與動力裝置的安裝圖；
[0031 ]圖12為本發(fā)明支撐框架的垂直支撐結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0032]圖13、14為本發(fā)明體重支撐平衡結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)示意圖；
[0033]圖15為本發(fā)明的用狀態(tài)不意圖；
[0034]圖16為本發(fā)明控制系統(tǒng)的工作原理圖；
[0035]圖17a、17b為本發(fā)明情感感應(yīng)模塊的工作原理圖；
[0036]圖18為本發(fā)明遠(yuǎn)程交流模塊的工作原理圖；
[0037]圖19為本發(fā)明控制系統(tǒng)的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0038]如圖1-15所示，本發(fā)明的一種多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，包括支撐框架100，支撐框架100包括垂直支撐結(jié)構(gòu)101、垂直移動滑架102和被動水平移動彈簧結(jié)構(gòu)103，所述支撐框架100還具有提供給使用者雙手支撐的一套臂架104。
[0039]在支撐框架100上設(shè)置有:
[0040]多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)200，用于向使用者提供多種模擬的康復(fù)動作，并接受使用者反饋的信息；多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)200包括一對腳踏板201，每一腳踏板201具有X軸、Y軸、Z軸及Θ軸四個方向的自由度，腳踏板可在第一動力裝置202的驅(qū)動下繞Θ軸轉(zhuǎn)動，同時，腳踏板可在第二動力裝置203作用下分別沿X軸、Y軸、Z軸發(fā)生位移，在腳踏板的下方設(shè)置有用于感應(yīng)X軸、Y軸及Z軸方向上的壓力的負(fù)載傳感器204，負(fù)載傳感器連接控制系統(tǒng)500。多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)200是可拆卸的，并且可以單獨使用，也可以置于本發(fā)明中與本發(fā)明的其他裝置配合使用。如圖2、圖3、圖4a_4e、圖5a_5b以及圖6所示。
[0041 ]圖5a_5b示出了一個集成的6軸負(fù)載傳感器204位于腳踏板201的下方，以測量病人動力學(xué)。6軸負(fù)載傳感器204利用所述踏板的觸覺反饋來測量腳踏板201上的負(fù)荷和扭矩，并且可以顯示在人機交互界面，使醫(yī)護人員可以調(diào)整和控制，得到適合于個體的康復(fù)動作。康復(fù)動作可以設(shè)置成在平坦地面走動、凹凸不平的地面，上或下樓梯等不同情形。作為患者接受訓(xùn)練的各個階段，本發(fā)明根據(jù)需要設(shè)置不同的任務(wù)，從平坦地面走動過渡到樓梯行走或斜坡行走等。同時可提供不同步態(tài)訓(xùn)練課程。
[0042]髖部結(jié)構(gòu)300，用于向使用者提供髖部的康復(fù)動作；髖部結(jié)構(gòu)300包括可柔性地固定在使用者髖部的第一支架301，所述第一支架可在第三動力裝置302作用下旋轉(zhuǎn)、傾斜、彎曲和伸展。髖部結(jié)構(gòu)300是可拆卸的，并且可以單獨使用，也可以置于本發(fā)明中與本發(fā)明的其他裝置配合使用。如圖7、9-11所示。
[0043]體重支撐平衡結(jié)構(gòu)400，用于在使用者動作時向其提供支撐;體重支撐平衡結(jié)構(gòu)400包括:可固定于使用者的身體吊帶401、滑輪系統(tǒng)402、動力裝置403，身體吊帶與動力裝置之間通過繩索404和滑輪系統(tǒng)連接，所述體重支撐平衡結(jié)構(gòu)還包括用于檢測繩索張力的張力檢測裝置。如圖8a、8b、13以及14所示。身體吊帶401具有用于固定臀部和骨盆的吊帶，通過利用附著到臀部/骨盆的吊帶，提供骨盆穩(wěn)定化，并調(diào)整對髖部結(jié)構(gòu)300的體重支承系統(tǒng)。
[0044]控制系統(tǒng)500，根據(jù)運動軌跡作出指令，協(xié)調(diào)康復(fù)動作中的腳步和胯部同時動作；圖19示出了本發(fā)明控制系統(tǒng)的一種實施例。
[0045]安全裝置，用于在緊急情況下安全地停止康復(fù)動作；
[0046]情感感應(yīng)模塊600，用于感知和反饋使用者的情緒變化；17a、17b示出了本發(fā)明情感感應(yīng)模塊的工作原理圖；從事一些設(shè)定康復(fù)任務(wù)的病人的生理信號被記錄，然后進(jìn)行處理和識別以確定病人的情感狀態(tài)，情感狀態(tài)信息被輸入控制系統(tǒng)從而由控制器來決定接下來的操作過程。控制器發(fā)出指定指示本發(fā)明的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，識別誰是正在與機器人進(jìn)行交互的主體，然后決定具體的康復(fù)動作。
[0047]如17b所示，情感感應(yīng)模塊600首先采集使用者的情緒狀態(tài)信息，存儲使用者的情緒狀態(tài)信息，建立用戶的情緒狀態(tài)的模型，定制用戶與系統(tǒng)之間的交互，更新用戶影響模型，以反映用戶的響應(yīng);且可隨時間改變，更新并建立用戶的行為，以形成一個更完整的模型。
[0048]遠(yuǎn)程交流模塊700，與互聯(lián)網(wǎng)連接，用于使處于遠(yuǎn)端的醫(yī)護人員能和使用者在康復(fù)訓(xùn)練過程中進(jìn)行交流與指導(dǎo)。圖19示出了本發(fā)明遠(yuǎn)程交流模塊的工作原理圖。
[0049]本發(fā)明中，在使用本發(fā)明提供的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的意義上，“使用者”與“患者”、“病人”具有同一意義。
[0050]本發(fā)明的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，可顯著增強患者的神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉損傷或功能障礙康復(fù)訓(xùn)練的質(zhì)量和效益。同時，減輕了康復(fù)醫(yī)護人員的體力勞動強度，允許康復(fù)醫(yī)護人員將重點放在康復(fù)方案的制定、康復(fù)指導(dǎo)、使用者反應(yīng)觀察等方面，從而為使用者提供更加精確的康復(fù)治療方案。
[0051]不同于傳統(tǒng)的跑步機式傳送帶，本發(fā)明的醫(yī)療康復(fù)機器人的多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)200具有觸覺反應(yīng)，擁有8個自由度來幫助病人下肢康復(fù)訓(xùn)練，每個腳踏板具有4個自由度，即:具有X軸和Y軸、Z軸、Θ軸方向上的自由度，均靠皮帶傳動，X軸上具有線性驅(qū)動器、Θ軸具有高扭矩諧波驅(qū)動和皮帶傳動驅(qū)動的伺服電機，腳踏板結(jié)構(gòu)200還有力感應(yīng)器和可調(diào)式腳踏板附件通過感應(yīng)反饋病人和腳踏板之間力的作用來調(diào)節(jié)輔助病人的步態(tài)訓(xùn)練，同時允許病人在不同的地形反復(fù)訓(xùn)練，根據(jù)不同軟硬度的平坦地面、不平地面以及升降樓梯坡道等引導(dǎo)病人設(shè)計不同的步態(tài)訓(xùn)練方案，并允許病人在訓(xùn)練中調(diào)整和預(yù)設(shè)可接受的訓(xùn)練流程和方案。一個持續(xù)的體重支撐平衡結(jié)構(gòu)400用來支持病人動作時產(chǎn)生的Y軸、Z軸上的位移，髖部結(jié)構(gòu)300的第一支架301具有柔性驅(qū)動器根據(jù)胯部尺寸來調(diào)節(jié)裝置、調(diào)整傾斜度的自由度和皮帶傳動的胯部扭轉(zhuǎn)自由度。如圖17a、17b所示，情感感應(yīng)模塊600是一個“情緒中介模塊”，該模塊搜集和記錄病人在執(zhí)行每項任務(wù)時的生態(tài)信號，并分析出病人此時的情緒狀態(tài)。通過收集和記錄存儲病人的情緒狀態(tài)信息，建立病人情緒狀態(tài)的模型并產(chǎn)生交互影響反映出病人情緒反應(yīng)隨時間和訓(xùn)練的變化。如圖19所示，一臺通用的計算機通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)配安裝應(yīng)用軟件后，可作為康復(fù)機器人的控制系統(tǒng)，理療師通過電腦與病人遠(yuǎn)程交流，并通過實時觀察病人的數(shù)據(jù)來提供醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練建議。
【主權(quán)項】
1.一種多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，包括支撐框架(100)，其特征在于，在所述支撐框架(100)上設(shè)置有: 多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)(200)，用于向使用者提供多種模擬的康復(fù)動作，并接受使用者反饋的信息； 髖部結(jié)構(gòu)(300)，用于向使用者提供髖部的康復(fù)動作； 體重支撐平衡結(jié)構(gòu)(400)，用于在使用者動作時向其提供支撐； 控制系統(tǒng)(500 )，根據(jù)運動軌跡作出指令，協(xié)調(diào)康復(fù)動作中的腳步和胯部同時動作； 安全裝置，用于在緊急情況下安全地停止康復(fù)動作； 情感感應(yīng)模塊(600)，用于感知和反饋使用者的情緒變化； 遠(yuǎn)程交流模塊(700)，與互聯(lián)網(wǎng)連接，用于使處于遠(yuǎn)端的醫(yī)護人員能和使用者在康復(fù)訓(xùn)練過程中進(jìn)行交流與指導(dǎo)。2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)(200 )包括一對腳踏板(201)，每一腳踏板(201)具有X軸、Y軸、Z軸及Θ軸四個方向的自由度，腳踏板可在第一動力裝置(202)的驅(qū)動下繞Θ軸轉(zhuǎn)動，同時，腳踏板可在第二動力裝置(203)作用下分別沿X軸、Y軸、Z軸發(fā)生位移，在腳踏板的下方設(shè)置有用于感應(yīng)X軸、Y軸及Z軸方向上的壓力的負(fù)載傳感器(204)，負(fù)載傳感器連接控制系統(tǒng)(500)。3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述髖部結(jié)構(gòu)(300)包括可柔性地固定在使用者髖部的第一支架(301)，所述第一支架可在第三動力裝置(302)作用下旋轉(zhuǎn)、傾斜、彎曲和伸展。4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述體重支撐平衡結(jié)構(gòu)(400)包括:可固定于使用者的身體吊帶(401)、滑輪系統(tǒng)(402)、動力裝置(403)，身體吊帶與動力裝置之間通過繩索(404)和滑輪系統(tǒng)連接，所述體重支撐平衡結(jié)構(gòu)還包括用于檢測繩索張力的張力檢測裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述身體吊帶(401)具有用于固定臀部和骨盆的吊帶。6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述多模態(tài)感知腳踏板結(jié)構(gòu)(200)是可拆卸的，并且可以單獨使用。7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述髖部結(jié)構(gòu)(300)是可拆卸的，并且可以單獨使用。8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述支撐框架(100)包括垂直支撐結(jié)構(gòu)(101)、垂直移動滑架(102)和被動水平移動彈簧結(jié)構(gòu)(103)。9.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多模態(tài)感知反饋的醫(yī)療康復(fù)機器人系統(tǒng)，其特征在于:所述支撐框架(100)具有提供給使用者雙手支撐的一套臂架(104)。
【文檔編號】A61B5/16GK106074076SQ201610395235
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月4日 公開號201610395235.4, CN 106074076 A, CN 106074076A, CN 201610395235, CN-A-106074076, CN106074076 A, CN106074076A, CN201610395235, CN201610395235.4
【發(fā)明人】胡建軍, 林堤梨
【申請人】浙江侍維波機器人科技有限公司