[发明专利]外骨骼康复训练机械臂及其语音交互系统

说明书

一种外骨骼康复训练机械臂及其语音交互系统，通过人机交互模块用于患者与外骨骼康复训练机械臂之间信息的高效交互传递，增加患者康复训练参与性，提高患者使用体验。本发明中的语音广播单元通过控制单元调用系统语音交互提示单元的信息进行语音播报，将信息传递给患者，完成信息流从机器到人的过程。为了增加患者的信息接收渠道，设置了图像显示单元作为语音播报单元的辅助，弥补了外骨骼康复机械臂领域中自然人机交互方面的不足。通过将语音交互系统与上肢外骨骼康复机械臂结合的方式融合多种训练模式以及运动指令，实现患者日常的上肢康复训练动作，并且具有操作简单、易于控制，对用户要求低的特点。

技术领域

本发明涉及机器人交互系统技术领域，具体地涉及一种外骨骼康复训练机械臂的语音交互系统。

背景技术

随着我国人口老龄化现象的日益凸显，对于老年人的护理工作显得尤为重要，而且对于一些丧失运动能力的人来说，康复治疗的训练工作也受到越来越多的重视，外骨骼康复机器人技术的出现，极大地填补了这项需求，解放了康复护理医师繁重的工作量，提高了康复治疗的效果。但对于目前的外骨骼(可穿戴)康复机械臂，不仅整套装备繁重复杂，价格昂贵，而且操作较为复杂，不能够让用户独立自主地进行康复训练。因此为了提高用户与机器之间的沟通效率，提升用户与机械臂的交互体验，简化用户的控制过程，有必要将语音控制模块引入到上肢外骨骼康复机械臂中进行进一步的研究。目前语音控制方面的内容较为丰富，但是将其用于上肢外骨骼康复机器人上面的却比较少。在授权公告号为CN205905035的实用新型专利提出了一种残疾人的辅助机械臂，将语音控制模块引入了设计当中，以提高用户与机器之间的沟通效率，方便残疾人自主地对自己进行料理。在一定程度上方便了残疾人，不需要医护人员、家属时时刻刻守在用户身旁。但该设计产品并没有以通过康复训练提高用户自主行动能力从而料理自己生活为目标，用户始终无法离开机器。授权公告号为CN205552533的实用新型专利提出了一种用于控制机械臂的控制装置，所述控制装置通过输入模块接收语音输入与数据库进行比对进行语音识别，识别成功则输出相应指令通过驱动单元驱动所述机械臂运动，识别不成功则通过提示单元提示用户，该设计与传统的机械臂相比，在控制方式上，简化了用户的操作，用户通过语音直接控制机械臂，有利于产品的推广。在申请号为201710107353.5的发明创造中提出了一种基于运动想象的上肢外骨骼控制方法及系统，通过采集脑电信号，利用卷积神经网络进行特征提取分类，输出识别结果，控制驱动器带动前臂做相应的运动。这种交互模式对于用户更加友好，用户范围也更加广泛，尤其对于一些丧失语言能力的患者也能进行通过运动想象进行康复训练。基于对现有专利及相关文献的分析，基于机器人的康复训练机器人在人机交互控制方面存在缺乏或者性能差的不足。采用脑电信号虽然可以实现一定程度的自主控制，但是为得到高质量脑电信号，需要打脑电膏佩戴电极帽，对于无自理能力的患者每次康复训练结束后需要专人料理清洗，后续处理麻烦，而且脑电控制本身有一定的局限性，比如技术难度高、设计和使用成本高等。命令模式也较为单一，运动想象动作与实际康复动作不一致，长期的训练下是否对用户以后的运动模式产生一定误导影响也有待考证。因此提供一种外骨骼康复机械臂领域内符合自然人交互习惯的系统成为亟待解决的问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的人机交互效率低，患者康复训练效果及体验差的问题，本发明提出了一种外骨骼康复训练机械臂及其语音交互系统。

所述外骨骼康复训练机械臂包括肩关节、肘关节、第一上臂外骨骼、小臂外骨骼、小臂固定环、大臂固定环和执行器。其中：所述肩关节安装在第一上臂外骨骼的上端，肘关节安装在所述肘关节中的第二上臂外骨骼的下端；所述第一上臂外骨骼的下端与第二上臂外骨骼的上端通过夹紧块连接。所述小臂外骨骼的一端与所述肘关节中的肘部外骨骼铰接，该小臂外骨骼的另一端为悬臂端，在该悬臂端的端头固定有小臂固定环，并使该小臂固定环位于该小臂外骨骼的上表面。所述肘部外骨骼另一端与肘关节铰接。在所述第一上臂外骨骼的凹弧面上有大臂固定环。

执行器位于所述小臂外骨骼的下方，并使该执行器的内圈输出端端面与肘部外骨骼固连，所述执行器的外圈输出端端面与小臂外骨骼固连。