康复机器人远程治疗系统及其方法与流程

本发明涉及康复治疗领域，特别涉及一种康复机器人远程治疗系统及其方法。

背景技术：

康复医疗产业是医疗行业非常重要的一个环节。举个例子，对于脑中风意外存活的患者，积极康复治疗可使90％患者重新获得生活自理能力，30％患者恢复工作。若不进行康复治疗，则恢复生活自理能力者仅不到6％。

然而我国在以保障基本治疗为核心的医疗制度下，位于医疗环节后端的康复却一直是我国医疗体系中的短板。据统计，我国中风致残率高达75％，而在西方发达国家，由于良好的康复治疗，中风致残率只有不到30％。同时，人口结构和疾病模式的突变，会催生庞大的消费群体。据统计，未来二三十年，中国将会有4亿多60岁以上老年病患者及5亿以上慢病患者需要康复治疗。

而且我国康复专业技术人员存在极大缺口，由于传统康复治疗低效的“一对一”模式，供需比高达1﹕10000左右，这意味着康复医师短缺严重且大量有康复需求的患者不能接受治疗。因此，康复医疗产业的发展对于我国有重要的意义，且面临着巨大的挑战。

康复治疗的主要目的在于通过让患者训练具有运动缺陷的肢体并重新学习运动能力，让患者能够独立完成日常活动。

而神经损伤后的自主运动能力再学习需要一个过程，需要至少几个月，通常是几年。在康复医院，患者每天都要接受高强度的治疗。

由于康复资源的匮乏，当具有严重运动缺陷的患者出院时，他们通常只具备了最低程度的自主运动能力。

然而患者在这个阶段仍然需要尽可能频繁地进行康复训练，可由于合格的康复治疗门诊数量太少，而且目前的康复也不具备家庭治疗的可能性。

因此，能够做到完全重新获得自主运动能力的很少，且很多时候患者的运动机能会反而恶化。

因此现有技术中缺少让患者在家庭环境中就能接受高质量的康复治疗手段。

目前在国外，大多数的远程康复系统都是基于摄像头的视频会议，并让患者依照治疗师的指示进行康复训练。这种方法下，治疗师只能通过画面来判断患者的状况，而每个患者具体情况是不一致的，光通过画面采集信息来进行判断是很模糊的，治疗师不能精准判断患者的状态。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种康复机器人远程治疗系统及其方法，旨在解决现有缺少让患者在家庭环境中就能接受高质量的康复治疗手段、治疗师光通过画面不能精准判断患者的状态的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种康复机器人远程治疗系统，包括机器人装置和设置在所述机器人装置上的终端，机器人装置包括腕关节水平运动组件、腕关节垂直运动组件以及腕关节旋转运动组件；

终端包括：信息处理模块和分别与信息处理模块连接的显示模块、语音模块、信息采集模块、信息传输模块、pid控制器和安全监测模块；

其中，信息采集模块包括设置在腕关节水平运动组件上的的第一伺服电机、设置在腕关节垂直运动组件上的第二伺服电机和设置在腕关节旋转运动组件上的第三伺服电机，第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机均与pid控制器连接。

在其中一个实施例中，语音模块包括麦克风和扬声器。

在其中一个实施例中，显示模块包括显示屏和摄像头。

在其中一个实施例中，信息传输模块包括wifi模块和分别连接第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的can总线，can总线和wifi模块分别单独与信息处理模块连接。

在其中一个实施例中，安全监测模块设置在信息处理模块上，安全监测模块包括物理断电按钮和智能断电模块。

本发明还包括一种康复机器人远程治疗方法：包括两个机器人装置，其中一个为患者端，其中另一个为治疗师端；

治疗师执行某康复动作，治疗师端信息采集模块采集到的机器人装置的位移值α；

由治疗师端信息处理模块进行信号处理后，经治疗师端信息传输模块传递至患者端；

患者端信息传输模块进行信号接收，经患者端信息处理模块对信号进行处理后，传输给pid控制器，通过pid控制器平稳地带动患者的手腕到和治疗师端一样的位置；

其中，患者端信息处理模块和治疗师端信息处理模块上均设有安全监测模块，安全监测模块通过信息采集模块监测力矩值β，当力矩值β超过安全范围时，或者通信过程中出现数据丢失、延迟，安全监测模块会进行断电保护。

在其中一个实施例中，安全监测模块的判断方法如下：

s1.作用力大于15n进行断电处理；

s2.作用力矩大于0.15nm进行断电处理；

s3.移动角速度大于45°/s进行断电处理；

s4.每秒角速度改变不大于2倍进行断电处理。

本发明有益效果如下：

本发明通过摄像头、显示屏、麦克风、扬声器以及伺服电机在患者和治疗师之间建立一个视觉、听觉和触觉的双向交互通道，使得治疗师将能够清楚的感受到患者在执行某项康复训练时的感觉，而患者也能通过与治疗师的触觉互动直观的纠正自己的动作，解决了治疗师只能通过画面来判断患者的状况，而每个患者具体情况是不一致的，光通过画面采集信息来进行判断是很模糊的，治疗师不能精准判断患者的状态的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的内部连接示意图。

图3为本发明的远程连接关系示意图。

图4为本发明的被动治疗流程示意图。

图5为本发明的主动治疗流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1一种康复机器人远程治疗系统，包括机器人装置和设置在所述机器人装置上的终端，机器人装置包括腕关节水平运动组件21、腕关节垂直运动组件22以及腕关节旋转运动组件23；

参照图2，终端包括：信息处理模块14和分别与信息处理模块14连接的显示模块13、语音模块12、信息采集模块11、信息传输模块15、pid控制器16和安全监测模块17；

其中，信息采集模块11包括设置在机器人装置腕关节水平运动组件21上的的第一伺服电机111、设置在机器人装置腕关节垂直运动组件22上的第二伺服电机112和设置在机器人装置腕关节旋转运动组件23上的第三伺服电机113，第一伺服电机111、第二伺服电机112和第三伺服电机113均与pid控制器16连接。

优选地，语音模块12包括麦克风121和扬声器122。

优选地，显示模块13包括显示屏132和摄像头131。

优选地，信息传输模块15包括wifi模块151和分别连接第一伺服电机111、第二伺服电机112、第三伺服电机113的can总线152，can总线152和wifi模块151分别单独与信息处理模块连接。

优选地，安全监测模块17设置在信息处理模块14上，安全监测模块17包括物理断电按钮171和智能断电模块172。

参照图3，本发明还包括一种康复机器人远程治疗方法：包括两个机器人装置，其中一个为患者端10，其中另一个为治疗师端20；

治疗师执行某康复动作，治疗师端信息采集模块201采集到的机器人装置的位移值α；

由治疗师端信息处理模块202进行信号处理后，经治疗师端信息传输模块203传递至患者端10；

患者端信息传输模块101进行信号接收，经患者端信息处理模块102对信号进行处理后，传输给患者端pid控制器103，通过患者端pid控制器103平稳地带动患者的手腕到和治疗师端一样的位置；

其中，患者端信息处理模块102和治疗师端信息处理模块202上均设有安全监测模块为患者端安全监测模块104和治疗师端安全监测模块204，患者端安全监测模块104和治疗师端安全监测模块204分别通过患者端信息采集模块105和治疗师端信息采集模块201监测力矩值β，当力矩值β超过安全范围或者通信过程中出现数据丢失、延迟，安全监测模块会进行断电保护。

优选地，患者端安全监测模块104和治疗师端安全监测模块204的断电判断方法如下：

s1.作用力大于15n进行断电处理；

s2.作用力矩大于0.15nm进行断电处理；

s3.移动角速度大于45°/s进行断电处理；

s4.每秒角速度改变不大于2倍进行断电处理。

本发明通过治疗师端20的麦克风205、摄像头206以及治疗师端信息采集模块201分别采集语音、影像以及位移信息，通过治疗师端信息处理模块202进行信号处理后由治疗师端信息传输模块203进行信号传输；

由患者端信息传输模块101进行信号接收，再通过患者端信息处理模块102进行解码，分别由扬声器106、显示屏107和pid控制器103进行声音、影响以及位移信息的显示。

本发明工作原理如下：

本发明在患者和治疗师之间建立一个视觉、听觉和触觉的双向交互通道，治疗师将能够清楚的感受到患者在执行某项康复训练时的感觉，而患者也能通过与治疗师的触觉互动直观的纠正自己的动作。

参照图4，治疗师可能会对患者进行被动训练(患者将手腕放轻松，完全由治疗师带动患者进行康复训练)：

当治疗师执行某康复动作时，治疗师端将会把收集到的康复机器人位移值α通过网络(tcp/ip)传递到患者端，患者端将通过一个pid控制器平稳地带动患者的手腕到和治疗师端一样的位置，从而实现被动训练。

同时，如果患者在被动训练过程中感到疼痛或肌肉不自主的收缩，那么患者终端的测量的扭矩将会增加并会通过网络传递到治疗师端。

如果治疗师没有及时反应减少作用力，或在通信过程中出现数据丢失或延迟都将会出发安全机制停止作用力。

参照图5，另一种情况是治疗师对患者进行主动辅助训练(患者尽力执行康复动作，由治疗师从旁协助)：

治疗师对患者的辅助力，及患者自主发出的力都会通过网络和pid控制器平稳地传达到对方的康复机器人中，患者终端突发的肌肉收缩也同样都会被记录并传送到治疗师端。因此，我们的远程康复系统将给患者和治疗师带来极好的远程交互体验，并提高康复训练效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。