[发明专利]基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统及使用方法

权利要求书

1.一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统，其特征在于，该系统包括：上肢康复机器人、视觉采集模块、处理器和医师监控模块；

所述上肢康复机器人用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将根据训练指令的机器人执行状态发送至所述处理器；

所述视觉采集模块用于采集患者上肢图像信息得到患者上肢各个关节位置信息以及采集环境图像信息得到轨迹规划信息，并发送至所述处理器；

所述医师监控模块用于监控患者康复训练，保存并分析评价患者康复训练情况，并根据分析情况设置训练动作和训练模式生成命令信息发送至所述处理器；

所述处理器用于根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；并将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人为外骨骼式，采用串联方式依次实现6个自由度的运动，分别为肩关节内收外摆、肩关节伸展屈曲、大臂旋转、肘关节伸展屈曲、小臂旋转和腕关节伸展屈曲；

所述上肢康复机器人为高度和臂长可调节机器人。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人还包括电机驱动模块和驱动电机，其接收所述处理器传输的训练指令控制驱动电机的输出力矩，进而实现动态调节上肢康复机器人各轴的输出力矩。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人根据其接收的训练指令完成被动训练、主动训练和负载训练三种模式的训练，在康复训练过程中，实时将各关节的机器人执行状态反馈至所述处理器，所述机器人执行状态包括速度、加速度和力矩；

所述被动训练为患者上肢运动完全由所述上肢康复机器人驱动；所述主动训练为患者上肢主动运动，所述上肢康复机器人跟随运动，起辅助和保护的作用；所述负载训练为患者上肢主动运动，所述上肢康复机器人施加反向载荷。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人与患者进行人机交互，患者发送人机交互命令控制所述上肢康复机器人停止训练；

所述上肢康复机器人还包括紧急停机按钮。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉采集模块采集的患者上肢图像信息包括患者上肢的彩色图像信息和患者上肢的深度图像信息；根据采集的患者上肢图像信息利用目标跟踪技术获取人体的实时姿态，根据人体剪影法获取患者上肢各关节的坐标信息，得到患者上肢各个关节位置信息；并采用人体剪影法根据患者上肢各个关节位置信息将训练过程生成轨迹函数，计算不同姿态时各个关节位置信息和速度信息。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉采集模块根据采集的关键帧的患者上肢图像信息表示患者的一个动作。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉采集模块采集环境图像信息得到轨迹规划信息，检测环境图像中的障碍物，并将障碍物信息发送至所述处理器，所述处理器根据障碍物信息控制所述上肢康复机器人停止训练。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述医师监控模块的命令信息还包括规划的上肢机器人的康复训练路径、设置的机器人执行状态、停止训练命令和开始训练命令。

10.一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统的使用方法，该使用方法基于上述权利要求1-9任一项所述的系统，包括：

步骤(1)：根据患者情况调整所述上肢康复机器人的高度和臂长，医生协助患者穿戴上肢康复机器人并学习该系统的使用；

步骤(2)：医生根据患者情况在所述医师监控模块设置命令信息，所述医师监控模块设置命令信息发送至所述处理器；

步骤(3)：所述视觉采集模块采集患者上肢图像信息得到患者上肢各个关节位置信息以及采集环境图像信息得到轨迹规划信息，并发送至所述处理器；

步骤(4)：所述处理器根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；

步骤(5)：所述上肢康复机器人用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将根据训练指令的机器人执行状态发送至所述处理器；处理器将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块；医生通过医师监控模块实时监控并记录患者康复训练过程；患者在不适时，通过人机交互控制上肢康复机器人停机；

步骤(6)：训练结束后，医生通过医师监控模块对患者康复训练进行分析评价，并记入患者病例存档；上肢康复机器人恢复初始位置，康复系统停止工作，医生帮助患者脱下上肢康复机器人。