CN109907936A - 基于虚拟现实的上肢康复训练设备 - Google Patents
基于虚拟现实的上肢康复训练设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟现实的上肢康复训练设备，包括人机交互***、虚拟现实***、控制***和康复机器臂，康复机器臂设于患者的待训练的上肢上；人机交互***用于获取上肢的上肢数据，并根据上肢数据选择与患者对应的训练模式；控制***用于获取在训练模式下进行训练时康复机器臂的运动数据并发送至虚拟现实***；虚拟现实***用于根据上肢数据选择与患者对应的训练场景，还用于将运动数据与训练场景融合生成三维图像。本发明的上肢康复训练设备能够覆盖患者的整个康复周期、多种训练模式选择以及融入生活情景的虚拟现实场景，虚拟现实技术可以轻松地引导患者完成特定的动作任务，提高患者的训练效果。
Description
技术领域
本发明属于康复机器人领域，特别涉及一种基于虚拟现实的上肢康复训练设备。
背景技术
我国现有脑卒中患者数量巨大，大约75％脑卒中患者在发病后会留下不同程度的后遗症，在众多的后遗症中，以偏瘫发生率最高，在偏瘫的康复中，又以上肢功能的康复最为困难。医学理论和临床医学证明，除手术治疗和药物治疗外，科学的康复训练对脑卒中偏瘫患者的肢体功能康复起着无比重要的作用。
上肢康复训练设备，融合了传感、控制、信息等，能够辅助脑卒中偏瘫患者进行术后康复训练，依据现代循证医学(Evidence Based Medicine，EBM)和连续被动运动(Continuous Passive Motion，CPM)理论，可以使患者在尽可能短的时间内恢复健康，而目前市场上销售的上肢康复训练设备结构、功能和训练模式较为单一，不能满足对全康复周期的训练要求，一些虚拟现实***已经在实际中有所应用，如美国伊利诺大学的CAVE***、Motek的CAREN***等，但是这些***存在诸多问题，如成本高、占地面积大，且多为沉浸式虚拟现实***，不适于国内大部分医院的推广及脑卒中偏瘫患者的康复训练。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中采用虚拟现实方式的上肢康复训练设备和训练模式较为单一的缺陷，提供一种基于虚拟现实的上肢康复训练设备。
本发明通过以下技术方案来解决上述问题：
一种基于虚拟现实的上肢康复训练设备，包括人机交互***、虚拟现实***、控制***和康复机器臂，所述康复机器臂设于患者的待训练的上肢上；
所述人机交互***用于获取所述上肢的上肢数据，并根据所述上肢数据选择与所述患者对应的训练模式；
所述控制***用于获取在所述训练模式下进行训练时所述康复机器臂的运动数据并发送至所述虚拟现实***；
所述虚拟现实***用于根据所述上肢数据选择与所述患者对应的训练场景，还用于将所述运动数据与所述训练场景融合生成三维图像。
较佳地，所述人机交互***包括数据获取模块、评估模块、模式设置模块和第一数据交互模块；
所述数据获取模块用于获取所述上肢数据并发送至所述评估模块；
所述评估模块用于对所述上肢数据进行评估，并生成评估结果发送至所述模式设置模块；
所述模式设置模块用于根据所述评估结果选择对应的所述训练模式，并将所述训练模式发送至所述第一数据交互模块；
所述第一数据交互模块用于接收所述训练模式并发送至所述控制***。
较佳地，所述人机交互***还包括报告存储模块；
所述评估模块还用于将所述评估结果发送至所述报告存储模块；
所述报告存储模块用于接收并存储所述评估结果。
较佳地，所述控制***包括第二数据交互模块和机器臂监管模块；
所述第一数据交互模块用于将所述训练模式发送至所述第二数据交互模块，所述第二数据交互模块用于将所述训练模式发送至所述机器臂监管模块；
所述机器臂监管模块用于在所述训练模式下获取所述运动数据并发送至所述第二数据交互模块；
所述第二数据交互模块还用于将所述运动数据发送至所述虚拟现实模块。
较佳地，所述人机交互模块还包括运动轨迹设置模块，所述控制***包括机器臂驱动模块；
所述数据获取模块还用于将所述上肢数据发送至所述运动轨迹设置模块，所述运动轨迹设置模块用于根据所述上肢数据选择对应的运动轨迹，并将所述运动轨迹发送至所述第一数据交互模块；
所述第一数据交互模块用于将所述运动轨迹发送至所述第二数据交互模块，所述第二数据交互模块用于将所述运动轨迹发送至所述机器臂驱动模块；
所述机器臂驱动模块用于驱动所述机器臂按照所述运动轨迹运动并带动所述上肢进行运动。
较佳地，所述第二数据交互模块还用于将所述运动数据发送至所述第一数据交互模块，所述第一数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述评估模块；
所述评估模块用于根据所述运动数据和所述上肢数据进行评估。
较佳地，所述虚拟现实模块包括第三数据交互模块、场景设置模块和数据处理模块；
所述数据获取模块还用于将所述上肢数据发送至所述第一数据交互模块，所述第一数据交互模块用于将所述上肢数据发送至所述第三数据交互模块，所述第三数据交互模块用于将所述上肢数据发送至所述场景设置模块；
所述场景设置模块用于根据所述上肢数据选择对应的所述训练场景；
所述第二数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述第三数据交互模块，所述第三数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据将所述运动数据与所述训练场景融合生成所述三维图像。
较佳地，所述虚拟现实模块还包括显示模块；
所述数据处理模块还用于将所述三维图像发送至所述显示模块；
所述显示模块用于接收并显示所述三维图像。
较佳地，所述训练模式包括主动训练模式、助力训练模式、被动训练模式和示教训练模式。
较佳地，所述上肢数据包括关节活动度数据、肌力数据和认知能力数据中至少一种数据。
本发明的积极进步效果在于：本发明的上肢康复训练***能够覆盖患者的整个康复周期、多种训练模式选择以及融入生活情景的虚拟现实场景，虚拟现实技术可以轻松地引导患者完成特定的动作任务，提高患者的训练效果。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于虚拟现实的上肢康复训练设备的结构框图。
图2为本发明实施例2的基于虚拟现实的上肢康复训练设备的结构框图。
图3为本发明实施例3的基于虚拟现实的上肢康复训练设备的结构框图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种基于虚拟现实的上肢康复训练设备，具体如图1所示，所述上肢康复训练设备包括人机交互***1、虚拟现实***2、控制***3和康复机器臂4，所述康复机器臂4设于患者的待训练的上肢上；需要说明的是，患者待训练的上肢通过可拆卸的连接件(比如捆绑带)与所述康复机器臂捆绑在一起，使得康复机器臂与患者的待训练的上肢同步运动。
所述人机交互***1用于获取所述上肢的上肢数据，并根据所述上肢数据选择与所述患者对应的训练模式；所述训练模式包括主动训练模式、助力训练模式、被动训练模式和示教训练模式；所述上肢数据包括关节活动度数据、肌力数据和认知能力数据中至少一种数据；
所述控制***3用于获取在所述训练模式下进行训练时所述康复机器臂4的运动数据并发送至所述虚拟现实***2；
所述虚拟现实***2用于根据所述上肢数据选择与所述患者对应的训练场景，还用于将所述运动数据与所述训练场景融合生成三维图像。
需要说明的是，当患者佩戴所述上肢康复训练设备后，输入患者的相应信息，并进一步对患者进行评估，根据评估结果选择与患者相适应的训练模式，若评估结果表征患者可以自行进行锻炼，则选择主动模式进行训练，若评估结果表征患者有一定的锻炼能力，则选择助力模式进行训练，若评估结果表征患者完全不能自行进行锻炼，则选择被动模式或示教模式进行训练；
另外，在对应的训练模式下，虚拟现实***根据患者的上肢状况选择不同的训练场景，该训练场景可以是虚拟的游戏比如接水果、吃金币或切菜等锻炼上肢的小游戏，其中，还会根据患者的上肢状况选择不同等级的游戏进行训练，同时虚拟游戏对患者神经中枢有主动的视觉和/或听觉刺激作用，激励受损神经中枢重建，并驱动患者患侧肢运动。
本实施例中的上肢康复训练***能够覆盖患者的整个康复周期、多种训练模式选择以及融入生活情景的虚拟现实场景，虚拟现实技术可以轻松地引导患者完成特定的动作任务，提高患者的训练效果。
实施例2
本实施例的基于虚拟现实的上肢康复训练设备是在实施例1的基础上进一步改进，具体如图2所示，所述人机交互***1包括数据获取模块11、评估模块12、模式设置模块13、第一数据交互模块14和报告存储模块15；所述控制***3包括第二数据交互模块31和机器臂监管模块32；所述虚拟现实模块2包括第三数据交互模块21、场景设置模块22、数据处理模块23和显示模块24；
所述数据获取模块11用于获取所述上肢数据并发送至所述评估模块12；
所述评估模块12用于对所述上肢数据进行评估，并生成评估结果发送至所述模式设置模块13和所述报告存储模块15；
所述模式设置模块13用于根据所述评估结果选择对应的所述训练模式，并将所述训练模式发送至所述第一数据交互模块14，所述第一数据交互模块14用于接收所述训练模式并发送至所述第二数据交互模块31；
所述报告存储模块15用于接收并存储所述评估结果。
所述第二数据交互模块31用于将所述训练模式发送至所述机器臂监管模块32，所述机器臂监管模块32用于在所述训练模式下获取所述运动数据并发送至所述第二数据交互模块31，所述第二数据交互模块31还用于将所述运动数据发送至所述第三数据交互模块21。
所述数据获取模块11还用于将所述上肢数据发送至所述第一数据交互模块14，所述第一数据交互模块14用于将所述上肢数据发送至所述第三数据交互模块21，所述第三数据交互模块21用于将所述上肢数据发送至所述场景设置模块22；
所述场景设置模块22用于根据所述上肢数据选择对应的所述训练场景；
所述第三数据交互模块21用于将所述运动数据发送至所述数据处理模块23；
所述数据处理模块23用于根据将所述运动数据与所述训练场景融合生成所述三维图像并发送至所述显示模块24；
所述显示模块24用于接收并显示所述三维图像。
需要说明的是，控制***3还可以包括智能感知模块(图中未示出)、平滑处理模块(图中未示出)和安全处理模块(图中未示出)，智能感知模块能够自动识别患者运动意图，为良好的用户体验提供保障；平滑处理模块使患者能够平滑得从当前点运动到下一个位置点，提高设备使用的舒适性；安全处理模块用于在患者训练的过程中实时检测康复机器臂是否出现故障并实时进行排障处理，若不能成功排障，则停止当前训练。
实施例3
本实施例的基于虚拟现实的上肢康复训练设备是在实施例2的基础上进一步改进，具体如图3所示，所述人机交互模块还包括运动轨迹设置模块16，所述控制***3包括机器臂驱动模块33；
所述数据获取模块11还用于将所述上肢数据发送至所述运动轨迹设置模块16，所述运动轨迹设置模块16用于根据所述上肢数据选择对应的运动轨迹，并将所述运动轨迹发送至所述第一数据交互模块14；
所述第一数据交互模块14用于将所述运动轨迹发送至所述第二数据交互模块31，所述第二数据交互模块31用于将所述运动轨迹发送至所述机器臂驱动模块33；
所述机器臂驱动模块33用于驱动所述康复机器臂4按照所述运动轨迹运动并带动所述上肢进行运动。
本实施例中，可以通过设定特定的运动轨迹以供患者进行训练使用，可以全面的锻炼到患者的上肢。
实施例4
本实施例的基于虚拟现实的上肢康复训练设备是在实施例2的基础上进一步改进，所述第二数据交互模块还用于将所述运动数据发送至所述第一数据交互模块，所述第一数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述评估模块；
所述评估模块用于根据所述运动数据和所述上肢数据进行评估。
本实施例中，患者每次训练后将当次的训练情况纳入到下一次训练的评估中，可以更加准确的对患者的上肢情况进行评估，并选择更加合适的训练模式和训练场景。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于虚拟现实的上肢康复训练设备，其特征在于，所述上肢康复训练设备包括人机交互***、虚拟现实***、控制***和康复机器臂，所述康复机器臂设于患者的待训练的上肢上；
所述人机交互***用于获取所述上肢的上肢数据，并根据所述上肢数据选择与所述患者对应的训练模式；
所述控制***用于获取在所述训练模式下进行训练时所述康复机器臂的运动数据并发送至所述虚拟现实***；
所述虚拟现实***用于根据所述上肢数据选择与所述患者对应的训练场景，还用于将所述运动数据与所述训练场景融合生成三维图像。
2.如权利要求1所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述人机交互***包括数据获取模块、评估模块、模式设置模块和第一数据交互模块；
所述数据获取模块用于获取所述上肢数据并发送至所述评估模块；
所述评估模块用于对所述上肢数据进行评估，并生成评估结果发送至所述模式设置模块；
所述模式设置模块用于根据所述评估结果选择对应的所述训练模式，并将所述训练模式发送至所述第一数据交互模块；
所述第一数据交互模块用于接收所述训练模式并发送至所述控制***。
3.如权利要求2所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述人机交互***还包括报告存储模块；
所述评估模块还用于将所述评估结果发送至所述报告存储模块；
所述报告存储模块用于接收并存储所述评估结果。
4.如权利要求2所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述控制***包括第二数据交互模块和机器臂监管模块；
所述第一数据交互模块用于将所述训练模式发送至所述第二数据交互模块，所述第二数据交互模块用于将所述训练模式发送至所述机器臂监管模块；
所述机器臂监管模块用于在所述训练模式下获取所述运动数据并发送至所述第二数据交互模块；
所述第二数据交互模块还用于将所述运动数据发送至所述虚拟现实模块。
5.如权利要求4所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述人机交互模块还包括运动轨迹设置模块，所述控制***包括机器臂驱动模块；
所述数据获取模块还用于将所述上肢数据发送至所述运动轨迹设置模块，所述运动轨迹设置模块用于根据所述上肢数据选择对应的运动轨迹，并将所述运动轨迹发送至所述第一数据交互模块；
所述第一数据交互模块用于将所述运动轨迹发送至所述第二数据交互模块，所述第二数据交互模块用于将所述运动轨迹发送至所述机器臂驱动模块；
所述机器臂驱动模块用于驱动所述康复机器臂按照所述运动轨迹运动并带动所述上肢进行运动。
6.如权利要求4所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述第二数据交互模块还用于将所述运动数据发送至所述第一数据交互模块，所述第一数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述评估模块；
所述评估模块用于根据所述运动数据和所述上肢数据进行评估。
7.如权利要求4所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述虚拟现实模块包括第三数据交互模块、场景设置模块和数据处理模块；
所述数据获取模块还用于将所述上肢数据发送至所述第一数据交互模块，所述第一数据交互模块用于将所述上肢数据发送至所述第三数据交互模块，所述第三数据交互模块用于将所述上肢数据发送至所述场景设置模块；
所述场景设置模块用于根据所述上肢数据选择对应的所述训练场景；
所述第二数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述第三数据交互模块，所述第三数据交互模块用于将所述运动数据发送至所述数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据将所述运动数据与所述训练场景融合生成所述三维图像。
8.如权利要求7所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述虚拟现实模块还包括显示模块；
所述数据处理模块还用于将所述三维图像发送至所述显示模块；
所述显示模块用于接收并显示所述三维图像。
9.如权利要求1所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述训练模式包括主动训练模式、助力训练模式、被动训练模式和示教训练模式。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的上肢康复训练设备，其特征在于，所述上肢数据包括关节活动度数据、肌力数据和认知能力数据中至少一种数据。
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Application publication date: 20190621 Assignee: SHANGHAI ELECTRIC INTELLIGENT REHABILITATION MEDICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Electric Group Co.,Ltd. Contract record no.: X2019310000013 Denomination of invention: Upper limb rehabilitation training apparatus based on virtual reality License type: Exclusive License Record date: 20191008 |
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Assignee: SHANGHAI ELECTRIC INTELLIGENT REHABILITATION MEDICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Electric Group Co.,Ltd. Contract record no.: X2019310000013 Date of cancellation: 20230904 |
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Application publication date: 20190621 Assignee: SHANGHAI ELECTRIC INTELLIGENT REHABILITATION MEDICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Electric Group Co.,Ltd. Contract record no.: X2023310000146 Denomination of invention: Upper limb rehabilitation training equipment based on virtual reality Granted publication date: 20220614 License type: Exclusive License Record date: 20230919 |
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