一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法技术

本发明专利技术公开了一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，其技术方案要点是搭建艾灸数据采集系统，采集艾灸轨迹点数据，并使用机器学习的方法建立艾灸轨迹预测模型；搭建艾灸机器人系统，将穴位信息输入艾灸轨迹预测模型，得到一条连续的艾灸轨迹，完成艾灸手法的轨迹复现。本发明专利技术能够在艾灸机器人替代艾灸师进行艾灸的过程中，灵动复刻艾灸师的艾灸手法；同时能够对艾灸机器人的艾灸过程进行监控，进一步确保艾灸手法的正确性。其优势是获取了艾灸师的艾灸手法轨迹，使得艾灸机器人艾灸手法更加丰富，并使用艾灸机器人复现，进行自动化艾灸。

【技术实现步骤摘要】
一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法
本专利技术涉及艾灸治疗
，更具体地说，它涉及一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法。
技术介绍
艾灸是用艾叶制成的艾条，产生的艾热刺激人体穴位或特定部位，通过激发经气的活动来调整人体紊乱的生理生化功能，从而达到防病治病目的的一种治疗方法。传统艾灸方法多为艾灸师手握艾条对病床上的患者进行艾灸，持续时间长，劳动强度大，且艾灸师艾灸水平参差不齐，部分患者无法享受到较好的艾灸手法。艾灸机器人可有效替代艾灸师进行艾灸，但同样面临只有固定艾灸、上下直线艾灸等极简单艾灸手法的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，该方法解决了现有技术中存在的艾灸机器人只有固定艾灸、上下直线艾灸等极简单艾灸手法的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，包括以下步骤：S1获取艾灸手法轨迹；S11搭建艾灸数据采集系统；S12采集艾灸轨迹数据；S13使用机器学习的方法得到轨迹预测模型；S2复现艾灸手法轨迹；S21搭建艾灸机器人系统；S22采用笛卡尔空间映射轨迹，获取艾灸机器人基坐标系下的艾灸机器人末端轨迹；S23进行轨迹跟踪与异常监测。进一步地，所述艾灸数据采集系统包括红外运动捕捉仪，所述红外运动捕捉仪用于对整个艾灸过程进行监控；两组Mark点，所述Mark点分别贴在艾灸师手背与患者艾灸穴位上，用于供红外运动捕捉仪实时追踪；温度传感器，所述温度传感器实时监测艾灸师在艾灸过程中，艾灸穴位的表面温度；主控制台，所述主控制台能够接收红外运动捕捉仪传输的Mark点轨迹信息并进行处理，所述主控制台能够接收接收温度传感器传输的温度信息并进行处理。进一步地，步骤S12包括以下步骤：S121打开艾灸数据采集系统，准备采集轨迹信息；S122艾灸师开始艾灸，主控制台接收Mark点轨迹点信息；S123重复步骤S122，直至完成同一穴位艾灸n次；S124更换穴位，重复步骤S122至S124，直至艾灸完所有穴位；S125根据艾灸师手部与艾条信息，建立艾灸师手部和艾条的运动学模型，根据艾灸手法不同和艾条燃烧端变化信息，得出艾条末端位姿toolP＝toolTooP，完成手背Mark点的位姿数据到艾条末端位姿数据的转换，其中，toolTo为变换矩阵；S126根据艾条末端的轨迹点数据(xi,yi,zi,αi,βi,γi)，得到艾灸师手的瞬时速度也即艾条末端的瞬时速度vi，根据温度传感器的实时监测获取艾灸穴位表面温度temi。进一步地，所述不同艾灸手法包括悬定灸：艾条燃烧对准艾灸穴位，并与穴位的距离保持恒定；雀啄灸：施与穴位的火力有渐变过程，即先由弱到强，然后再由强到弱，体现在艾条燃烧头距离皮肤的高度变化就是由高到低，再由低到高，这个过程犹如麻雀啄米，故名雀啄灸；摆尾灸：热量不持续，有间断，艾条在一定的区间内往返运动。进一步地，步骤S13包括以下步骤：S131选择穴位a，对S12中主控制台接收的穴位a的n组离散轨迹点数据进行预处理；S132使用机器学习模型拟合数据，生成穴位a连续的艾灸轨迹和该穴位对应的变换矩阵函数acupTtool(t)，并传输至主控制台；S133更换穴位，重复步骤S131至S132，获取所有穴位对应的艾灸轨迹，生成艾灸轨迹预测模型；S134使用均方根误差与R方值指标对轨迹预测模型进行评估与优化，若出现过拟合现象，则调整训练集的成分，若出现欠拟合现象，则增加数据样本以及训练量。进一步地，所述机器学习模型包括线性回归模型、高斯过程模型、神经网络模型。进一步地，所述艾灸机器人系统包括次控制台，所述次控制台包括有人机交互界面，所述人机交互界面包括有穴位选择、急停、恢复零位功能。艾灸机器人，所述艾灸机器人用于对患者进行艾灸治疗，且与次控制台耦接并实时通信；温度传感器，所述温度传感器实时监测艾灸机器人在艾灸过程中，艾灸穴位的表面温度，并将温度数据实时传送至次控制台；进一步地，步骤S22包括以下步骤：S221艾灸师在人机交互界面中选择穴位b与相应艾灸手法；S222将穴位b代入S13生成的轨迹预测模型中获取穴位b的艾灸轨迹和该穴位对应的变换矩阵函数acup′TTOOL(t)；S223控制艾灸机器人移动至该穴位，得到变换矩阵acup′Tb，代入公式bTTOOL＝(acup′Tb)-1·acup′TTOOL完成坐标变换，获取艾灸机器人基坐标系下变换矩阵函数bTTOOL(t)与末端轨迹bP(t)＝bTTOOL(t)·TOOLP(t)。进一步地，步骤S23包括以下步骤：S231建立艾灸机器人的运动学模型，通过求解末端轨迹bP(X,Y,Z,Α,Β,Γ)的逆运动学问题得到关节轨迹，控制艾灸机器人运动，完成艾灸手法的轨迹跟踪；S232艾灸机器人系统运行过程中温度传感器实时监测艾灸穴位表面温度，并将温度数据实时发送至次控制台，若有异常，则次控制台发出警报，并暂停艾灸机器人运行。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：在艾灸机器人替代艾灸师进行艾灸的过程中，能够灵动复刻艾灸师的艾灸手法；同时能够对艾灸机器人的艾灸过程进行监控，进一步确保艾灸手法的正确性。附图说明图1为基于机器学习的艾灸手法轨迹获取与复现方法的流程图；图2为获取艾灸手法轨迹的流程图；图3为复现艾灸手法轨迹的流程图；图4为艾灸数据采集系统的示意图；图5为艾灸机器人系统的示意图；图6为Mark点在患者穴位的实施状态图；图7为Mark点在艾灸师手部的实施状态图。附图标记：1、红外运动捕捉仪；2、温度传感器；3、艾条；4、Mark点；5、主控制台；6、艾灸机器人；7、次控制台。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。如图1-7所示，基于机器学习的艾灸手法轨迹获取与复现方法，具体按照以下步骤实施：S1获取艾灸手法轨迹S11搭建艾灸数据采集系统；S12采集艾灸轨迹数据；S13使用机器学习的方法得到轨迹预测模型；S2复现艾灸手法轨迹S21搭建艾灸机器人系统；S22采用笛卡尔空间映射轨迹，获取艾灸机器人6基坐标系下的艾灸机器人6末端轨迹；S23进行轨迹跟踪与异常监测。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：在艾灸机器人替代艾灸师进行艾灸的过程中，能够灵动复刻艾灸师的艾灸手法；同时能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，其特征是：包括以下步骤：/nS1获取艾灸手法轨迹；/nS11搭建艾灸数据采集系统；/nS12采集艾灸轨迹数据；/nS13使用机器学习的方法得到轨迹预测模型；/nS2复现艾灸手法轨迹；/nS21搭建艾灸机器人系统；/nS22采用笛卡尔空间映射轨迹，获取艾灸机器人(6)基坐标系下的艾灸机器人(6)末端轨迹；/nS23进行轨迹跟踪与异常监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，其特征是：包括以下步骤：
S1获取艾灸手法轨迹；
S11搭建艾灸数据采集系统；
S12采集艾灸轨迹数据；
S13使用机器学习的方法得到轨迹预测模型；
S2复现艾灸手法轨迹；
S21搭建艾灸机器人系统；
S22采用笛卡尔空间映射轨迹，获取艾灸机器人(6)基坐标系下的艾灸机器人(6)末端轨迹；
S23进行轨迹跟踪与异常监测。


2.根据权利要求1所述的一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，其特征是：所述艾灸数据采集系统包括
红外运动捕捉仪(1)，所述红外运动捕捉仪(1)用于对整个艾灸过程进行监控；
两组Mark点(4)，所述Mark点(4)分别贴在艾灸师手背与患者艾灸穴位上，用于供红外运动捕捉仪(1)实时追踪；
温度传感器(2)，所述温度传感器(2)实时监测艾灸师在艾灸过程中，艾灸穴位的表面温度；
主控制台(5)，所述主控制台(5)能够接收红外运动捕捉仪(1)传输的Mark点(4)轨迹信息并进行处理，所述主控制台(5)能够接收接收温度传感器(2)传输的温度信息并进行处理。


3.根据权利要求2所述的一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，其特征是：步骤S12包括以下步骤：
S121打开艾灸数据采集系统，准备采集轨迹信息；
S122艾灸师以不同艾灸手法开始艾灸，主控制台(5)接收Mark点(4)轨迹点数据(xhi,yhi,zhi,αhi,βhi,γhi)(i＝1,2,…,j)；
S123重复步骤S122，直至完成同一穴位艾灸n次；
S124更换穴位，重复步骤S122至S124，直至艾灸完所有穴位；
S125根据艾灸师手部与艾条(3)信息，建立艾灸师手部和艾条(3)的运动学模型，根据艾灸手法不同和艾条(3)燃烧端变化信息，得出艾条(3)末端位姿toolP＝toolTooP，完成手背Mark点的位姿数据到艾条(3)末端位姿数据的转换，其中，toolTo为变换矩阵；
S126根据艾条(3)末端的轨迹点数据(xi,yi,zi,αi,βi,γi)，得到艾灸师手的瞬时速度也即艾条(3)末端的瞬时速度vi，根据温度传感器(2)的实时监测获取艾灸穴位表面温度temi。


4.根据权利要求3所述的一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法，其特征是：所述不同艾灸手法包括
悬定灸：艾条燃烧对准艾灸穴位，并与穴位的距离保持恒定；
雀啄灸：施与穴位的火力有渐变过程，即先由弱到强，然后再由强到弱，体现在艾条燃烧头距离皮肤的高度变化就是由高到低，再由低到高，这个过程犹如麻雀啄米，故名雀啄灸；
摆尾灸：热量不持续，有间断，艾条在...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹超，李银鑫，范鹏灿，夏晶，周世宁，张斌，吴方勇，
申请(专利权)人：上海钧控机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31