[发明专利]基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统及其使用方法

权利要求书

1.一种基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：包括虚拟交互场景模块、视觉信息采集模块、生理参数采集模块、力测量模块、状态监控模块、指令生成模块和康复训练机器人，其中，虚拟交互场景模块为患者提供实时的视觉和听觉交互；视觉信息采集模块由摄像头实时采集患者的体感信息并作为虚拟交互场景模块的输入；生理参数采集模块实现患者康复训练过程中的实时生理信息采集；力测量模块负责检测患者康复训练过程中与康复训练机器人之间的各向作用力；状态监控模块实时监控整个康复训练过程，同时负责汇集生理参数采集模块采集到的患者生理参数、力测量模块测得的作用力以及康复训练机器人的运动状态并以友好的人机交互界面显示；指令生成模块由医生或基于专家系统开发的决策软件根据状态监控模块提供的信息或虚拟交互场景模块提供的虚拟场景交互信息及时生成虚拟交互场景模块和康复训练机器人所需的控制指令，并拥有紧急制动指令发布等保护功能；康复训练机器人负责实现主动康复情形下的力反馈输出和被动康复训练情形下牵引患者进行康复训练。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述虚拟交互场景模块根据患者自主意愿或者患者康复状态选择合适的场景，在虚拟交互场景中设有虚拟代理，能够实时响应患者的动作，虚拟交互场景模块根据视觉信息采集模块所采集的患者康复训练体感信息做出实时的交互响应，计算并输出虚拟代理与虚拟环境间的作用力关系，包括虚拟环境中虚拟代理的碰撞检测虚拟力信息给指令生成模块，作为生成康复训练机器人提供力反馈的指令所需的参考，并可以接收指令生成模块发出的场景或交互模式转换指令。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述视觉信息采集模块使用Kinect摄像头采集患者的体感信息，然后通过通信连接将其发送给虚拟交互场景模块。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述生理参数采集模块佩戴在患者身上，采集患者的生理参数，并将生理参数数据通过无线通信发送给状态监控模块。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述力测量模块包括测力传感器和放大接口电路，实时测量患者与康复训练机器人之间的作用力，并将作用力信息通过无线通信发送给状态监控模块。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述状态监控模块汇集和显示患者生理参数、作用力数据以及康复训练机器人的运动状态，实时监控整个康复训练过程，并将所得信息发送给指令生成模块。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述指令生成模块根据状态监控模块提供的信息或虚拟交互场景模块提供的虚拟场景交互信息，由医生或基于专家系统开发的决策软件及时生成虚拟交互场景模块和康复训练机器人所需的控制指令，并拥有紧急制动指令发布功能。

8.根据权利要求1所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统，其特征在于：所述康复训练机器人实现主动康复情形下的力反馈输出和被动康复训练情形下牵引患者进行康复训练，并输出康复训练机器人的运动状态。

9.一种基于权利要求1至8任意一项所述的基于虚拟场景交互的康复训练机器人系统的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1：患者正确使用康复训练机器人并佩戴生理参数采集模块，生理参数采集模块和视觉信息采集模块实时采集患者生理参数和体感信息并通过通信连接将其发送给虚拟交互场景模块；

步骤2：虚拟交互场景模块接收视觉信息采集模块发送的信息后，实时更新虚拟交互场景，提供实时的视觉和听觉交互的同时，计算虚拟代理与虚拟环境间的作用力关系，发送给指令生成模块，作为生成康复训练机器人提供力反馈的指令所需的参考；

步骤3：患者进行康复训练模式选择；

(1)如果选择进行主动的康复训练模式，康复训练机器人接收指令生成模块信息，实时输出反馈力；

(2)如果选择进行被动的康复训练模式，康复训练机器人根据轨迹规划牵引患者进行康复训练；

步骤4：康复训练机器人输出其运动状态，力测量模块实时测量康复训练过程中患者与康复训练机器人之间各向作用力，生理参数采集模块实现患者康复训练过程中的实时生理信息采集，三者数据通过无线通信发送给状态监控模块；

步骤5：状态监控模块接收力测量模块、生理参数采集模块及康复训练机器人输出的信息，以友好的人机交互界面汇集并显示，实时监控整个康复训练过程，并将所得信息发送给指令生成模块；

步骤6：指令生成模块由医生或基于专家系统开发的决策软件综合状态监控模块、虚拟交互场景模块发送的信息，及时生成虚拟交互场景模块和康复训练机器人所需的控制指令，并分别发送给虚拟交互场景模块和康复训练机器人；

步骤7：一次训练结束，康复训练机器人回归初始位置，各模块停止工作并断电，患者卸下生理参数采集模块。