基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统，该系统包括：上肢康复机器人，用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将机器人执行状态发送至处理器；视觉采集模块，用于采集患者上肢各个关节位置信息和轨迹规划信息，并发送至所述处理器；医师监控模块，用于监控患者康复训练，保存并分析评价患者康复训练情况，并根据分析情况设置训练动作和训练模式生成命令信息发送至所述处理器；处理器，用于根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；并将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统及使用方法
本专利技术属于康复训练机器人的
，尤其是涉及一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统及使用方法。
技术介绍
随着老龄化趋势的加快以及中青年人群过度劳累现象的加剧，在居民中出现了大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状，运动功能受到了一定的损伤，医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术和药物治疗外，科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复起到非常重要的作用。上肢康复机器人的主要作用是通过机器人带动患者的肢体运动，对肢体运动障碍的患者进行运动机能的康复训练。作为一种自动化康复医疗设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而又有效的康复训练，使患者的运动机能得到更好的恢复。国外内大量研究表明，上肢康复机器人可以为不同康复状态等级的患者提供所需的康复训练方式，大大减轻了康复医师的负担，实现了一对多的康复训练方法，缩短康复时间并提高康复效果，增强患者的康复信心，并能提供病人的人体运动学，生理学数据，为医师改进和优化康复方案提供客观依据。然而，现有的上肢康复机器人系统存在以下问题：第一，在现有的上肢康复机器人系统中，患者需要佩戴各种传感器设备，以获取患者运动状态和位置测量，但大量的传感器设备不易安装和佩戴，影响患者的康复体验；第二，现有的上肢康复机器人系统中大量的传感器设备重量比较大，不易进行控制，且上肢康复机器人与人体不匹配，容易对患者造成二次伤害。第三，现有的上肢康复机器人系统没有具体针对不同患者的针对性康复训练，对于患者个体康复训练效果差，不能达到预期的康复效果。随着机器人技术的发展，人机共融的控制方法考虑到人体的安全与舒适，国内外高校都进行了深入的研究探讨，上肢康复机器人需要与人体长期的直接接触，是研究共融机器人的良好载体，成为了共融机制研究的热点方向。现有上肢康复机器人系统不足以带给患者舒适有效的康复体验，不能达到预期的康复效果，激发患者康复训练的热情。综上所述，现有技术中如何提高上肢康复机器人系统康复效果及患者舒适体验度的问题，尚缺乏行之有效的解决方案。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，解决现有技术中如何提高上肢康复机器人系统康复效果及患者舒适体验度的问题，本专利技术提出了一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统及使用方法，有效提高上肢康复机器人系统康复效果及患者舒适体验度。本专利技术的目的是提供一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下一种技术方案：一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统，该系统包括：上肢康复机器人、视觉采集模块、处理器和医师监控模块；所述上肢康复机器人用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将根据训练指令的机器人执行状态发送至所述处理器；所述视觉采集模块用于采集患者上肢图像信息得到患者上肢各个关节位置信息以及采集环境图像信息得到轨迹规划信息，并发送至所述处理器；所述医师监控模块用于监控患者康复训练，保存并分析评价患者康复训练情况，并根据分析情况设置训练动作和训练模式生成命令信息发送至所述处理器；所述处理器用于根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；并将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块。作为进一步的优选方案，所述上肢康复机器人为外骨骼式，采用串联方式依次实现6个自由度的运动，分别为肩关节内收外摆、肩关节伸展屈曲、大臂旋转、肘关节伸展屈曲、小臂旋转和腕关节伸展屈曲。作为进一步的优选方案，所述上肢康复机器人为高度和臂长可调节机器人。作为进一步的优选方案，所述上肢康复机器人还包括电机驱动模块和驱动电机，其接收所述处理器传输的训练指令控制驱动电机的输出力矩，进而实现动态调节上肢康复机器人各轴的输出力矩。作为进一步的优选方案，所述上肢康复机器人根据其接收的训练指令完成被动训练、主动训练和负载训练三种模式的训练，在康复训练过程中，实时将各关节的机器人执行状态反馈至所述处理器，所述机器人执行状态包括速度、加速度和力矩；所述被动训练为患者上肢运动完全由所述上肢康复机器人驱动；所述主动训练为患者上肢主动运动，所述上肢康复机器人跟随运动，起辅助和保护的作用；所述负载训练为患者上肢主动运动，所述上肢康复机器人施加反向载荷。作为进一步的优选方案，所述上肢康复机器人与患者进行人机交互，患者发送人机交互命令控制所述上肢康复机器人停止训练；所述上肢康复机器人还包括紧急停机按钮。作为进一步的优选方案，所述视觉采集模块采集的患者上肢图像信息包括患者上肢的彩色图像信息和患者上肢的深度图像信息；根据采集的患者上肢图像信息利用目标跟踪技术获取人体的实时姿态，根据人体剪影法获取患者上肢各关节的坐标信息，得到患者上肢各个关节位置信息；并采用人体剪影法根据患者上肢各个关节位置信息将训练过程生成轨迹函数，计算不同姿态时各个关节位置信息和速度信息。作为进一步的优选方案，所述视觉采集模块根据采集的关键帧的患者上肢图像信息表示患者的一个动作。作为进一步的优选方案，所述视觉采集模块采集环境图像信息得到轨迹规划信息，检测环境图像中的障碍物，并将障碍物信息发送至所述处理器，所述处理器根据障碍物信息控制所述上肢康复机器人停止训练。作为进一步的优选方案，所述医师监控模块的命令信息还包括规划的上肢机器人的康复训练路径、设置的机器人执行状态、停止训练命令和开始训练命令。本专利技术的第二目的是提供一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统的使用方法，该使用方法基于一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下一种技术方案：一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统的使用方法，该使用方法包括：步骤(1)：根据患者情况调整所述上肢康复机器人的高度和臂长，医生协助患者穿戴上肢康复机器人并学习该系统的使用；步骤(2)：医生根据患者情况在所述医师监控模块设置命令信息，所述医师监控模块设置命令信息发送至所述处理器；步骤(3)：所述视觉采集模块采集患者上肢图像信息得到患者上肢各个关节位置信息以及采集环境图像信息得到轨迹规划信息，并发送至所述处理器；步骤(4)：所述处理器根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；步骤(5)：所述上肢康复机器人用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将根据训练指令的机器人执行状态发送至所述处理器；处理器将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块；医生通过医师监控模块实时监控并记录患者康复训练过程；患者在不适时，通过人机交互控制上肢康复机器人停机；步骤(6)：训练结束后，医生通过医师监控模块对患者康复训练进行分析评价，并记入患者病例存档；上肢康复机器人恢复初始位置，康复系统停止工作，医生帮助患者脱下上肢康复机器人。本专利技术的有益效果：1、本专利技术所述的一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统，本专利技术的基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统具有实时性，实时监控患者的训练状态，而且从多个方面考虑患者康复训练过程的安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统，其特征在于，该系统包括：上肢康复机器人、视觉采集模块、处理器和医师监控模块；所述上肢康复机器人用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将根据训练指令的机器人执行状态发送至所述处理器；所述视觉采集模块用于采集患者上肢图像信息得到患者上肢各个关节位置信息以及采集环境图像信息得到轨迹规划信息，并发送至所述处理器；所述医师监控模块用于监控患者康复训练，保存并分析评价患者康复训练情况，并根据分析情况设置训练动作和训练模式生成命令信息发送至所述处理器；所述处理器用于根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；并将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉人体位姿检测的上肢康复机器人系统，其特征在于，该系统包括：上肢康复机器人、视觉采集模块、处理器和医师监控模块；所述上肢康复机器人用于根据接收的所述处理器传输的训练指令配合患者上肢的运动进行康复训练，将根据训练指令的机器人执行状态发送至所述处理器；所述视觉采集模块用于采集患者上肢图像信息得到患者上肢各个关节位置信息以及采集环境图像信息得到轨迹规划信息，并发送至所述处理器；所述医师监控模块用于监控患者康复训练，保存并分析评价患者康复训练情况，并根据分析情况设置训练动作和训练模式生成命令信息发送至所述处理器；所述处理器用于根据其接收的视觉采集模块信息和医师监控模块命令信息进行融合处理产生训练指令，发送至所述上肢康复机器人；并将训练指令和接收的机器人执行状态、患者上肢各个关节位置信息反馈至所述医师监控模块。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人为外骨骼式，采用串联方式依次实现6个自由度的运动，分别为肩关节内收外摆、肩关节伸展屈曲、大臂旋转、肘关节伸展屈曲、小臂旋转和腕关节伸展屈曲；所述上肢康复机器人为高度和臂长可调节机器人。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人还包括电机驱动模块和驱动电机，其接收所述处理器传输的训练指令控制驱动电机的输出力矩，进而实现动态调节上肢康复机器人各轴的输出力矩。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人根据其接收的训练指令完成被动训练、主动训练和负载训练三种模式的训练，在康复训练过程中，实时将各关节的机器人执行状态反馈至所述处理器，所述机器人执行状态包括速度、加速度和力矩；所述被动训练为患者上肢运动完全由所述上肢康复机器人驱动；所述主动训练为患者上肢主动运动，所述上肢康复机器人跟随运动，起辅助和保护的作用；所述负载训练为患者上肢主动运动，所述上肢康复机器人施加反向载荷。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上肢康复机器人与患者进行人机交互，患者发送人机交互命令控制所述上肢康复机器人停止训练；所述上肢康复机器人还包括紧急停机按钮。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉采集模块采集的患者上肢图像信息包括患者上肢的彩...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明星，马高远，班传奇，孙强三，曾凡硕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37