[发明专利]一种卧式踏步式康复训练机器人的人机交互系统

说明书

本发明提供了一种卧式踏步式康复训练机器人的人机交互系统，包括患者多体位采集模块、髋关节运动采集模块、踝关节运动采集模块、腿部肌电采集模块、心率采集模块、血压采集模块、数据处理模块、运动控制模块、紧急停止模块、伺服执行模块和人机交互模块，从数据采集、数据处理、驱动控制、设备操作、感官刺激以及游戏互动方面为患者提供康复训练过程的整体交互系统。本发明能够减少治疗师操作难度，增加患者训练过程趣味性和互动性，提高卧式踏步式康复训练设备的训练效果。

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，尤其是一种康复训练机器人的人机交互系统。

背景技术

我国有上千万中风患者，且每年有上百万新增患者，另外还有大量脊髓损伤患者，中风和脊髓损伤等疾病导致大量患者偏瘫、瘫痪并长期卧床。随着智能机器人技术的发展，目前越来越多的针对偏瘫、瘫痪患者的智能康复设备被研发应用，这类设备通常由和患者身体固定的机械结构装置、监测机械结构运动状态的传感器、驱动机械结构运动的作动器、接收传感器信号并计算处理后输出运动信号给作动器的控制器以及人机交互系统组成。

随着康复技术的发展及机器人技术在康复领域的应用，智能康复设备在医院中的应用越来越多，其中人机交互的实用性和友好性是除设备智能化以外人们关注的另一个核心问题。现有卧式踏步式康复训练机器人的人机交互系统页面功能单一，缺乏互动，交互性差，患者训练过程很难有参与感，导致其训练过程中主动运动频次少、时间短，枯燥的训练过程很难保证训练效果。

因此，有必要在现有卧式踏步式康复训练机器人上配备专有的人机交互系统，从数据采集、数据处理、驱动控制、设备操作、感官刺激以及游戏互动方面为患者提供康复训练过程的整体交互系统。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种卧式踏步式康复训练机器人的人机交互系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种卧式踏步式康复训练机器人的人机交互系统，包括患者多体位采集模块、髋关节运动采集模块、踝关节运动采集模块、腿部肌电采集模块、心率采集模块、血压采集模块、数据处理模块、运动控制模块、紧急停止模块、伺服执行模块和人机交互模块。

所述的患者多体位采集模块，采集患者训练高度、起立角度、前倾后仰角度、体位提升长度和体位水平长度；

所述的髋关节运动采集模块，采集患者训练过程中髋关节运动角度变化和人机作用拉压力；

所述的踝关节运动采集模块，采集患者训练过程中踝关节运动角度、翻转角度和足底压力；

所述的腿部肌电采集模块，采集患者训练过程中左右腿腿部肌电信号；

所述的心率采集模块，采集患者训练过程中的心电信号；

所述的血压采集模块，采集患者训练过程中的血压动态；

所述的数据处理模块采用算术平均滤波算法对患者多体位采集模块、髋关节运动采集模块、踝关节运动采集模块、腿部肌电采集模块、心率采集模块、血压采集模块的输出进行滤波，按设定采样数量取平均值；然后进行数据计算，包括足底压力最大值计算、人机作用最大离心力及向心力计算、腿部活动范围计算；当患者一侧腿部进行离心运动时计算该侧腿部人机作用最大离心力值和患者离心运动肌力最大值，并计算另一侧人机作用最大向心力值和患者离心运动最大肌力值，同时判断在人机作用力与腿部运动方向相反时，若人机作用离心力大于设定阈值则记录此时腿部运动的角度和方向；存储过程记录数据和计算所得数据；

所述的运动控制模块根据数据处理模块发送的数据计算髋关节和踝关节踏步运动角度与时间的轨迹曲线，同时根据当前时刻轨迹曲线对应的角度值与实际角度值之差计算执行机构中电机的转动速度，输出运动轨迹和执行命令至伺服执行模块，伺服执行模块控制髋关节和踝关节按照预定的指令进行运动；同时，运动控制模块接收紧急停止模块发送的急停信号时，控制伺服执行模块停止运动；