[发明专利]用于下肢康复机器人的人机交互系统及方法

说明书

本发明公开了用于下肢康复机器人的人机交互系统及方法，包括运动捕捉模块、足部信息采集模块、生理信息采集模块、数据处理与监测模块、运动控制模块和人机交互模块，从数据的采集、数据处理、数据监测、运动控制、训练反馈和游戏互动方面为患者提供康复训练过程的整体交互系统。本发明可以减少康复治疗师的劳动强度和操作复杂度，通过康复游戏和视觉反馈提高患者训练过程的趣味性和参与度，提高患者行走和运动能力。

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，具体涉及用于下肢康复机器人的人机交互系统及方法。

背景技术

我国的脑卒中患者人数达上千万，脑卒中导致的偏瘫极大地影响了患者的正常活动，偏瘫患者需要进行康复训练以重获运动能力。随着医疗技术的发展，越来越多的下肢康复机器人进入市场，为患者提供下肢康复训练，其中人机交互的友好程度成为医护人员和患者关心的一个问题。传统的下肢康复机器人对人机交互的关注不够，交互性差，导致患者在康复训练的过程中参与度低。此外，康复训练的过程缺乏趣味性，患者在训练过程中通常会感到无聊甚至痛苦。

专利CN201310562513提出了一种基于Kinect视觉步态分析的情景交互康复训练方法，该方法主要通过Kinect摄像头来提取臀部关节、膝关节和踝关节的三维空间坐标位置，实现步态的测量，通过虚拟的情景，模拟虚拟场景中的动作，实现与虚拟场景中的人物进行交互，达到康复训练的目的；专利CN208823336U提出了一种下肢康复治疗机器人的人机交互系统，基于Kinect摄像头采集患者面部信息和患者手势信息，利用这些信息实现人机交互，达到康复训练的目的，但采集的只有人体的运动信息；专利CN110013648A提出了一种下肢康复训练机器人的人机交互系统，利用腰部数据检测设备获取患者腰部左右横移量、腰部转动角度、腰部侧倾角度，用于下肢康复训练游戏对患者进行下肢康复训练，并评估患者的康复训练结果。以上现有技术采集的信息单一。

综上，目前大部分方法所采用的传感器类型单一，获取的数据相对有限，而且未能利用好患者的生理信息。

发明内容

本发明的目的是提供用于下肢康复机器人的人机交互系统及方法，提高人机界面的交互性，并且采集运动信息、生理信息和足部信息等多种信息，使得医护人员能够方便地控制下肢康复机器人，并提高患者在下肢康复训练中的参与度和康复治疗效果。

为实现上述目的，本发明提供的安装在下肢康复机器人上的用于下肢康复机器人的人机交互系统，包括运动捕捉模块、足部信息采集模块、生理信息采集模块、数据处理与监测模块、运动控制模块和人机交互模块；

所述运动捕捉模块，用于采集患者在下肢康复训练过程中全身的运动信息，包括身体各关节中心的位置、各个关节的转角；

所述生理信息采集模块，用于采集患者在下肢康复训练过程中产生的各种生理信号，包括心率、血氧含量、脑电信号和脑电信号。

所述数据处理与监测模块，与所述运动捕捉模块、所述足部信息采集模块、所述生理信息采集模块以及所述人机交互模块连接，所述数据处理与监测模块实时获取经过预处理后的运动信息、足底信息、生理信息以及人机交互模块发送的指令，并对这些信息和指令进行汇总处理，根据汇总后的信息向运动控制模块输出对应的控制指令；所述控制指令包括但不限于所述下肢康复机器人的运行指令、所述下肢康复机器人的停止指令以及改变所述下肢康复机器人运行状态的指令。

所述运动控制模块，与所述数据处理与监测模块相连，根据所述数据处理与监测模块发出的控制指令，计算执行机构中各电机的转动速度，从而控制所述下肢康复机器人的运动；

所述人机交互模块，与所述数据处理与监测模块相连，用于实时监控整个下肢康复训练过程，通过人机交互界面显示处理后的运动数据、足部的压力信息以及生理信号，并从操作人员处接受指令，所述人机交互模块向数据处理与监测模块发送指令，改变康复机器人的运行状态。

进一步地，所述运动捕捉模块包括深度相机、角度传感器、惯性传感器和力矩传感器，