基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法与流程

1.本发明涉及一种基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法。


背景技术：

2.目前，上肢康复训练器械种类繁多，包括纯机械结构，或电子控制装置加机械结构，其原理基本是以外力性带动上肢运动起来，从而恢复上肢的力量。但是，无论何种结构都没有通过测试上肢施力情况并与正常人的标准施力情况进行比对，从而给恢复者的恢复情况进行标准化量化的相关报道。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法，可以有效解决上述问题。
4.本发明是这样实现的：
5.一种基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法，包括以下步骤：
6.s10，以所述上肢康复训练机器人中心为原点o、其前进方向定义为x轴，平行于水平面且垂直于所述x轴的轴线为y，建立坐标系，进一步的在所述坐标系上建立多个标准方向(xi,yi)及其对应的标准作用力fi；
7.s11，分别获取上肢作用于固定在单点位置上的上肢康复训练机器人沿所述多个标准方向(xi,yi)的实际作用力f'i，将所述实际作用力f'i与所述标准作用力fi呈现给用户。
8.本发明的有益效果是：本发明通过在平面上建立多个标准标准方向(xi,yi)及其对应的标准作用力fi；进一步的通过获取上肢作用于固定在单点位置上的上肢康复训练机器人沿所述多个标准方向(xi,yi)的实际作用力f'i，将所述实际作用力f'i与所述标准作用力fi进行比对并呈现给用户，从而可以对上肢的恢复提供一个可量化的标准。
附图说明
9.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
10.图1是本发明实施例提供的上肢康复训练机的整体结构示意图。
11.图2是本发明实施例提供的机器人和距离传感器的位置示意图。
12.图3是本发明实施例提供的上肢康复训练机器人的整体结构图。
13.图4是本发明实施例提供的康复协调机构的结构示意图。
14.图5是本发明实施例提供的测力传感器的结构示意图。
15.图6是本发明实施例提供的移动平台的结构示意图。
16.图7是本发明实施例提供的移动机构结构示意图。
17.图8是本发明实施例提供的距离定位计算图。
18.图9是本发明实施例提供的基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法流程图。
19.图10是本发明实施例提供的基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法中实际作用力f'i与所述标准作用力fi测试结果图。
20.图11是本发明实施例提供的基于上肢康复训练机器人的单点上肢静态测试方法中三维动态呈现效果图。
21.图12是本发明实施例提供的基于上述上肢康复训练机器人的多点上肢静态测试方法流程图。
22.图13是本发明实施例提供的基于上述上肢康复训练机器人的多点上肢静态测试方法中多个固定测试点ln的示意图。
23.图14是本发明实施例提供的基于上述上肢康复训练机器人的上肢动态测试方法流程图。
24.图15是本发明实施例提供的基于上述上肢康复训练机器人的上肢动态测试方法中标准运动范围m的示意图。
25.图16是本发明实施例提供的基于上述上肢康复训练机器人的上肢动态测试方法中测试结果的效果图。
具体实施方式
26.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.参照图1至图8所示，一种上肢康复训练机器人2，包括：康复协调机构21，包括上肢放置件211以及握把214；设置于所述握把214内的陀螺仪传感器；测力传感器22，用于测量所述康复协调机构21受到的水平合力的方向以及大小；设置于所述测力传感器22下方的移动机构23，其用于带动所述康复协调机构21移动；间隔设置于所述移动机构23上的距离传感器，相邻所述距离传感器的射线互成90
°
，所述距离传感器用于获取所述移动机构23的位置及偏转角；控制模块24分别与所述陀螺仪传感器、所述测力传感器22、所述移动机构23以及所述距离传感器电连接，所述控制模块24用于根据各传感器的信号控制所述移动机构23移动，其中，所述移动机构23的运动速度和所述康复协调机构21受到的水平合力的大小成
正相关。
29.参照图3至图4所示，所述康复协调机构21包括：上肢放置件211，其形状与小臂弧面相适；水平固设于所述上肢放置件211下方的第一连接件212；一端铰接于所述第一连接件212上的第二连接件213；握把214；以及两端分别连接于所述第二连接件213和所述握把214的柔性连接管215。所述上肢放置件211上间隔设置有透气孔2111，提升上肢放置件211的使用舒适性。由于第二连接件213铰接于第一连接件212上，且采用柔性连接管215，使得用户握住握把214，实现手腕关节全方位的活动；由于握把214内装有陀螺仪传感器，因此握把214的运动信息转换为陀螺仪传感器的偏航角、俯仰角和翻滚角数据。
30.参照图5至图6所示，所述测力传感器22包括：基板221；设置于所述基板221上的移动平台222，其包括：平行间隔设置于所述基板221上的第一滑轨2221；设置于所述第一滑轨2221远离所述基板221一侧且平行于所述基板221的第一移动板2222；平行间隔设置于所述第一移动板2222远离所述基板221一侧的第二滑轨2223，其垂直于所述第一滑轨2221；以及设置于所述第二滑轨2223远离所述第一移动板2222一侧且平行于所述第一移动板2222的第二移动板2224；固设于所述基板221上且垂直于所述第一滑轨2221的第一应变传感器223，其用于检测所述第一移动板2222的位移量；以及固设于所述基板221上且垂直于所述第二滑轨2223的第二应变传感器224，其用于检测所述第二移动板2224的位移量。所述第一应变传感器223通过第三连接件225连接于所述第一移动板2222上，所述第二应变传感器224通过第四连接件226连接于所述第二移动板2224上。所述第一/第二应变传感器223/224上设置有通孔，使得应变传感器受到微小力也能产生形变，提升了应变传感器对微小受力的敏感度。通过康复协调机构21的水平运动，带动移动平台222在水平位置的位移，进而使得第一应变传感器223和第二应变传感器224产生形变，从而产生应力数据。根据第一应变传感器223的受力和第一应变传感器223的受力，合成合力大小和方向，进而发送至控制模块24控制移动机构23的移动方向和速度。
31.参照图7所示，所述移动机构23包括4个麦克纳姆轮231，每个麦克纳姆轮231具有单独的电机，实现了移动平台23在水平面上的全方位移动。
32.参照图1至图2所示，一种带有定位跟踪功能的上肢康复训练机，包括：训练平台1；上肢康复训练机器人2；设置于所述上肢康复训练机器人2上的第一距离传感器3和第二距离传感器4；显示模块5；以及设置于所述上肢康复训练机器人2上的定位模块。训练平台1包括：水平面11、垂直于所述水平面11的第一挡板12、以及垂直于所述水平面11且垂直于所述第一挡板12的第二挡板13。上肢康复训练机器人2在所述水平面11上运动。其中，所述第一距离传感器3的射线和所述第二距离传感器4的射线互成直角，所述第一距离传感器3用于测量所述上肢康复训练机器人2与所述第一挡板12之间的距离，所述第二距离传感器4用于测量所述上肢康复训练机器人2与所述第二挡板13之间的距离。显示模块5用于显示所述上肢康复训练机器人2的运动轨迹、速度等参数。定位模块分别与所述上肢康复训练机器人2、所述第一距离传感器3、所述第二距离传感器4和所述显示模块5电性连接，所述定位模块用于将所述第一距离传感器3和所述第二距离传感器4的信号转换为位置信号展示在所述显示模块5上，所述定位模块用于将所述上肢康复训练机器人2的运动方向和速度转化为运动参数展示在所述显示模块5上。
33.参照图8所示，第一距离传感器3的数量为2个，第二距离传感器4的数量为1个。第
一距离传感器3与第一挡板12之间的距离分别为d1和d2，得到距离d1和d2之差δd，由于已知第一距离传感器3和第二距离传感器4的间距e，根据三角函数公式tan(c)＝(δd)/e，可以求得偏转角c＝arctan((δd)/e)。根据求得的偏转角c，结合第二距离传感器4和第二挡板13之间的距离为a，即可求得上肢康复训练机器人2的左端距离第二挡板13的垂直距离x；结合d1和d2的平均值(d1 d2)/2，即可求得上肢康复训练机器人2的前端距离第一挡板12的垂直距离y，即，得到上肢康复训练机器人2的定位位置(x，y)。
34.请参见图9-11，本发明实施例进一步提供一种基于上述上肢康复训练机器人2的单点上肢静态测试方法，包括以下步骤：
35.s10，以所述上肢康复训练机器人2中心为原点o、其前进方向定义为x轴，平行于所述水平面11且垂直于所述x轴的轴线为y，建立坐标系，进一步的在所述坐标系上建立多个标准方向(xi,yi)及其对应的标准作用力fi；
36.s11，分别获取上肢作用于固定在单点位置上的上肢康复训练机器人2沿所述多个标准方向(xi,yi)的实际作用力f'i，将所述实际作用力f'i与所述标准作用力fi呈现给用户。
37.在步骤s10中，所述标准方向(xi,yi)的数量优选为4～8个。请一并参见图10，在其中一个实施例中，包括8个标准方向f1～f8，该8个标准方向基本涵盖上肢恢复的所有肌肉。在其中另一个实施例中，也可以仅包括4个标准方向f1、f3、f5、f7，即包括上肢前、后、左、右的基本运动。所述标准作用力fi的大小可以根据不同年龄段、不同性别的正常人的可达到的标准制定。另外，在同一年龄段同一性别的标准作用力fi中，可以进一步划分不同的等级，例如由大到小划分为，一级标准作用力f
i-a
，二级标准作用力f
i-b
，三级标准作用力f
i-c
等，从而为恢复的程度提供依据。
38.在步骤s11中，测试者可以在所述上肢康复训练机器人2的提示下，按照用力的方向将上肢放置在上肢康复训练机器人2上，并按照提示的方向顺序施加不同方向的力进行测试。另外，在测试的过程中，需要调整座椅、训练平台1以及所述上肢康复训练机器人2的位置相对固定，从而为历史数据的分析提供相对稳定的数据基础。
39.另外，所述将实际作用力f'i与所述标准作用力fi呈现给用户的步骤可以进一步包括：
40.s110，在静态测试的过程中，将所述多个标准方向(xi,yi)及其对应的标准作用力fi通过所述显示模块5展示给测试者。所述展示的方式不限，可以是如图10所示的平面坐标展示，也可以是立体或动画的展示，在此不做限制。例如，如果使用者是老人或小孩时，可以通过设置一些动画展示(图11所示推雪人等)，增加趣味性。
41.在步骤s11之后，可以进一步包括：
42.s12，获取所述多个标准方向(xi,yi)的实际作用力f'i的历史数据，对每一标准方向(xi,yi)的历史数据进行分析，从而获取每一标准方向(xi,yi)的恢复效果。
43.所述对每一标准方向(xi,yi)的历史数据进行分析具体为：将每一标准方向(xi,yi)的历史数据进行整理和比对，获取历史数据是否增加或降低，从而获取每一标准方向(xi,yi)的恢复效果。
44.在步骤s12之后，可以进一步包括：
45.s13，根据每一标准方向(xi,yi)的恢复效果，在每一标准方向(xi,yi)的训练时，提醒用户对应标准方向(xi,yi)的恢复情况。
46.当然，医生也可以根据每一标准方向(xi,yi)的恢复效果，制定不同的恢复方案，从而提高恢复效率。
47.请参见图12-13，本发明实施例进一步提供一种基于上述上肢康复训练机器人2的多点上肢静态测试方法，包括以下步骤：
48.s20，以所述上肢康复训练机器人2中心为原点o、其前进方向定义为x轴，平行于所述水平面11且垂直于所述x轴的轴线为y，建立坐标系，进一步的，在所述训练平台1建立多个固定测试点ln，且在每一固定测试点ln上以所述坐标系为基础建立多个标准方向(x
i-n
,y
i-n
)及其对应的标准作用力f
n-i
；
49.s21，分别获取上肢作用于设置在每一固定测试点ln上的上肢康复训练机器人2沿所述多个标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的实际作用力f'
i-n
，将所述实际作用力f'
i-n
与所述标准作用力f
i-n
呈现给用户。
50.在步骤s20中，在所述训练平台1建立多个固定测试点ln。每一固定测试点ln，所述标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的数量优选为4～8个。在其中一个实施例中，每一固定测试点ln仅包括4个标准方向f
1-n
、f
3-n
、f
5-n
、f
7-n
，即包括上肢前、后、左、右的基本运动。所述标准作用力f
i-n
的大小可以根据不同年龄段、不同性别的正常人的可达到的标准制定。另外，在同一年龄段同一性别的标准作用力f
i-n
中，可以进一步划分不同的等级，例如由大到小划分为，一级标准作用力f
i-n-a
，二级标准作用力f
i-n-b
，三级标准作用力f
i-n-c
等，从而为恢复的程度提供依据。
51.在步骤s21中，测试者可以在所述上肢康复训练机器人2的提示下，按照用力的方向将上肢放置在上肢康复训练机器人2上，并按照提示的方向顺序施加不同方向的力进行测试，并改变固定测试点ln进行测试。
52.另外，所述将实际作用力f'
i-n
与所述标准作用力f
i-n
呈现给用户的步骤可以进一步包括：
53.s210，在静态测试的过程中，将所述多个标准方向(x
i-n
,y
i-n
)及其对应的标准作用力f
i-n
通过所述显示模块5展示给测试者。所述展示的方式不限，可以是如图10所示的平面坐标展示，也可以是立体或动画的展示，在此不做限制。例如，如果使用者是老人或小孩时，可以通过设置一些动画展示(图11所示推雪人等)，增加趣味性。
54.在步骤s21之后，可以进一步包括：
55.s22，获取所述多个标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的实际作用力f'
i-n
的历史数据，对每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的历史数据进行分析，从而获取每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的恢复效果。
56.所述对每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的历史数据进行分析具体为：将每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的历史数据进行整理和比对，获取历史数据是否增加或降低，从而获取每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的恢复效果。
57.在步骤s22之后，可以进一步包括：
58.s23，根据每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的恢复效果，在每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的训练时，提醒用户对应标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的恢复情况。
59.当然，医生也可以根据每一标准方向(x
i-n
,y
i-n
)的恢复效果，制定不同的恢复方案，从而提高恢复效率。
60.请参见图14-16，本发明实施例进一步提供一种基于上述上肢康复训练机器人2的
上肢动态测试方法，包括以下步骤：
61.s30，在所述训练平台1表面，以固定位置d为坐标原点，建立标准运动范围m；
62.s31，将所述上肢康复训练机器人2设置在所述固定位置d，获取上肢作用于所述上肢康复训练机器人2绕所述固定位置d运动的实际运动轨迹m'，将所述标准运动范围m与所述实际运动轨迹m'呈现给用户。
63.在步骤s30中，所述标准运动范围m的大小可以根据不同年龄段、不同性别的正常人的可达到的标准制定。另外，在同一年龄段同一性别的标准运动范围m中，可以进一步划分不同的等级，例如由大到小划分为，一级标准运动范围ma，二级标准运动范围mb，三级标准运动范围mc等，从而为恢复的程度提供依据。在其他实施例中，可以进一步定义可自理恢复范围m1。当达到该范围时，可判断患者具有一定的自理能力。
64.在步骤s31中，测试者可以在所述上肢康复训练机器人2的提示下，按照用力的方向将上肢放置在上肢康复训练机器人2上，并按照提示的方向以所述固定位置d为起点开始运动。
65.另外，所述将标准运动范围m与所述实际运动轨迹m'呈现给用户的步骤可以进一步包括：
66.s310，在动态测试的过程中，将所述标准运动范围m与所述实际运动轨迹m'通过所述显示模块5展示给测试者。所述展示的方式不限，可以是平面坐标展示，也可以是立体或动画的展示，在此不做限制。例如，如果使用者是老人或小孩时，可以通过设置一些动画展示，增加趣味性。
67.在步骤s31之后，可以进一步包括：
68.s32，获取所述实际运动轨迹m'的历史数据，对实际运动轨迹m'的历史数据进行分析，从而获取各个方向的恢复效果。
69.所述对实际运动轨迹m'的历史数据进行分析具体为：将实际运动轨迹m'的历史数据进行整理和比对，获取各个方向的历史数据是否增加或降低，从而获取各个方向的恢复效果。
70.在步骤s32之后，可以进一步包括：
71.s33，根据各个方向的恢复效果，在各个方向的恢复效果的训练时，提醒用户对应方向的恢复情况。
72.当然，医生也可以根据各个方向的恢复效果，制定不同的恢复方案，从而提高恢复效率。
73.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。