[发明专利]一种上肢康复训练装置

权利要求书

1.一种上肢康复训练装置，包括：交互式物理训练设备、定位模块、数据处理终端、头戴式显示器；所述定位模块包括手柄感应器、臂环感应器；

交互式物理训练设备，支持多向“拉力”及实时反馈互动“反拉”的上肢活动，提供拉力数据给数据处理终端，同时受控于数据处理终端；

定位模块用于提供定位数据给数据处理终端；

数据处理终端与交互式物理训练设备、定位模块、头戴式显示器互联；

数据处理终端包括训练应用模块、常模数据库、位置换算模块、拉力分析反馈模块、数据整合模块、数据评估模块、评估提示模块、虚拟画面生成模块：

一方面实现，结合交互式物理训练设备传输来的受力数据、位置数据转化来的动作数据，结合拉力分析反馈模型，患者能获得实时真实手感的强沉浸式体验而被激励坚持完成整个康复活动过程；

另一方面实现，患者在虚拟现实场景下执行康复训练应用模块一系列动作时，与常模数据库中动作数据比对匹配，判断患者动作是否正确，并实时作出评估反馈提示；通过拉力传感器传回的患者拉力数据判断患者动作完成程度，评估结果并展示在头戴式虚拟显示设备中；

所述交互式物理训练设备，包括数控滑轨组件、手柄组件、中枢组件；所述数控滑轨组件,包括滑台基座(14)、数控滑台(13)、横向轨道(11)、升降轨道(12)；所述数控滑台(13)活动连接于横向轨道(11)上，数控滑台(13)包括滑块和滑块步进电机，通过滑块与横向轨道(11)咬合，通过滑块步进电机驱动转轴转化为整个数控滑台(13)在横向轨道(11)上的横向活动方向d1和位移s1；所述横向轨道(11)安装于滑台基座(14)后整体再活动连接于升降轨道(12)上；滑台基座(14)包括基座和基座步进电机，通过基座与升降轨道(12)咬合，通过基座步进电机驱动转轴转化为整个滑台基座(14)在升降轨道(12)上的升降方向d2和位移s2；所述手柄组件包括弹力拉绳(41)、数控退线器(42)、舵机、手柄(43)，所述弹力拉绳缠绕于退线器转轴上，弹力拉绳的一端连接于滑台，其另一端连接于手柄，舵机的输出轴连接退线器转轴，退线器转轴用于收纳或者释放弹力拉绳，调节弹力拉绳(41)长度所述弹力拉绳(41)具有弹性,固有的弹性系数f；所述中枢组件包括控制器(32)、拉力传感器和遥控器(34)；所述拉力传感器设置于手柄组件上，用于采集弹力拉绳的拉力状态数据并提供给控制器(32)，拉力状态数据包括拉力大小n和方向d3；滑块步进电机、基座步进电机、舵机，它们的驱动器连接受控于控制器(32)；所述遥控器(34)连接于控制器(32)，用于上肢活动前初始设置或者重新设置滑台基座(14)在升降轨道(12)之上的位置、拉绳操作长短以适应用户需求；拉力传感器将用户拉力大小及拉力方向数据实时传给控制器(32)；

所述数据处理终端包括训练应用模块、常模数据库、位置换算模块、拉力分析反馈模块、数据整合模块、数据评估模块、评估提示模块、虚拟画面生成模块；

所述位置换算模块将采集使用者上肢位置并进行空间计算得出对应虚拟空间的位置；设交互式物理训练设备的数控滑台(13)为位置采集点0(X0、Y0、Z0)，作为空间坐标的原点，使用者手臂上的臂环感应器作为采集点1(X1、Y1、Z1)，加长杆上感应器作为采集点2(X2、Y2、Z2)，握持杆上的传感器作为采集点3(X3、Y3、Z3)，在不使用加长的情况下采集点2和采集点3同为一点；当采集点0处在高于采集点2(3)的位置时，将判定点4(X4、Y4、Z4)确定在采集点0处与采集点2(3)的延长线上；当采集点0处在低于采集点2(3)的位置时，将判定点4确定在采集点0处与采集点2(3)的延长线或者重力抛物线上；

所述拉力分析反馈模块：根据数控滑台(13)所在的横向位移s1竖向位移s2，弹力拉绳(41)的拉力方向d3、大小n状态数据，以及结合弹力拉绳(41)固有的弹性系数f，在遵循动作镜像模型的活动形式和约束下，拉力分析反馈模块通过分析处理并做出反馈，指令舵机控制数控退线器执行收绳及放绳动作，实时调节弹力拉绳(41)长度，进而改变虚拟对象的拉力高度及拉力大小，促使使用者在进行上肢活动过程中能够感受到真实的力对抗；指令数控滑台(13)在横向滑轨上左右位移，进而改变拉力方向，使得用户获得与自己视觉、触觉及运动觉感知及判断相一致的拉力方向反馈，增强使用者的虚拟现实沉浸式体验；

所述数据评估模块，分别与数据整合模块、常模数据库、拉力分析反馈模块、评估提示模块连接，将当前上肢运动动作与常模数据库进行对比，并判断患者拉力的反馈以及训练动作是否正确，是否需要修正，通过评估提示模块输出动作校准提示，评估提示模块通过画面实时渲染显像；同时根据拉力分析反馈模块指令交互式物理训练设备实时调整拉力大小和方向，保证真实拉力手感。