基于手势交互康复机器人的控制方法、装置和康复机器人

摘要

本申请涉及康复训练器械的技术领域，公开一种基于手势交互康复机器人的控制方法。该基于手势交互康复机器人的控制方法包括：在康复机器人的当前位置上，获得康复机器人的实际速度以及获得第一用户施加给康复机器人的第一力；获得第二用户在当前位置所示手势的实际手势速度信息；根据实际速度、实际手势速度信息和第二力的对应关系，确定与实际速度和实际手势速度信息相对应的第二力；根据第一力和第二力对康复机器人进行控制。采用该基于手势交互康复机器人的控制方法可使专业康复师，轻松完成示教过程。本申请还公开一种基于手势交互康复机器人的控制装置和康复机器人。

说明书

技术领域

本申请涉及康复训练器械的技术领域，例如涉及一种基于手势交互康复机器人的控制方法、装置和康复机器人。

背景技术

康复训练是指损伤后进行有利于恢复或改善功能的身体活动。在康复训练过程中，患者通常需要在专业人员的指导下，完成一系列特定轨迹的特定动作。现有技术中的一些康复机器人，可辅助用户更好地完成特定动作。例如，上肢康复机器人包括手托和活动板，手托设置在活动板上，手托能够在活动板上滑动，用户握住手托，即可在手托的辅助下完成一系列特定轨迹的特定动作。用户初次使用康复机器人时，在专业康复师的指导、示教下，即可实现熟悉康复机器人并掌握康复训练技巧。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

在用户不熟悉康复机器人或康复训练技巧，需要专业康复师示教的情况下，专业康复师不能轻松的完成示教过程。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种基于手势交互康复机器人的控制方法、装置和康复机器人，以解决现有技术中专业康复师不能轻松完成示教过程的技术问题。

在一些实施例中，基于手势交互康复机器人的控制方法包括：在康复机器人的当前位置上，获得所述康复机器人的实际速度以及获得第一用户施加给所述康复机器人的第一力；获得第二用户在所述当前位置所示手势的实际手势速度信息；根据所述实际速度、所实际手势速度信息和第二力的对应关系，确定与所述实际速度和所述实际手势速度信息相对应的所述第二力；根据所述第一力和所述第二力对所述康复机器人进行控制。

可选地，所述实际手势速度信息包括手势速度和手势速度变化率；根据所述实际速度、所述实际手势速度信息和第二力的对应关系，确定与所述实际速度和所述实际手势速度信息相对应的所述第二力，包括：根据所述实际速度、所述手势速度和所述手势速度变化率确定积分步长；根据所述积分步长计算积分；根据所述积分确定所述第二力。

可选地，根据所述实际速度、所述手势速度和所述手势速度变化率确定积分步长，包括：获得所述实际速度和所述手势速度的速度差值；根据所述速度差值和所述手势速度变化率的加权和，或加权平均值，确定所述积分步长。

可选地，根据所述积分确定所述第二力，包括：获得预设系数；获得所述预设系数与所述积分的乘积；根据所述乘积确定所述第二力。

可选地，获得预设系数，包括：根据所述预设系数与第一力的对应关系，确定与所述第一力相对应的所述预设系数。

可选地，根据所述第一力和所述第二力对所述康复机器人进行控制，包括：获得所述第一力和所述第二力的合力；根据所述合力与位置参数的对应关系，确定与所述合力相对应的所述位置参数；根据所述位置参数对所述康复机器人进行控制。

可选地，所述合力和所述位置参数的对应关系包括：

在一些实施例中，基于手势交互康复机器人的控制装置包括第一获得模块、第二获得模块、确定模块和控制模块，其中，第一获得模块被配置为在康复机器人的当前位置上，获得所述康复机器人的实际速度以及获得第一用户施加给所述康复机器人的第一力；第二获得模块被配置为获得第二用户在所述当前位置所示手势的实际手势速度信息；确定模块被配置为根据所述实际速度、所述实际手势速度信息和第二力的对应关系，确定与所述实际速度和所述实际手势速度信息相对应的所述第二力；控制模块被配置为根据所述第一力和所述第二力对所述康复机器人进行控制。

在一些实施例中，基于手势交互康复机器人的控制装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法。

在一些实施例中，康复机器人包括前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制装置。

本公开实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法、装置和康复机器人，可以实现以下技术效果：在第一用户（患者）使用康复机器人的过程中，第二用户（专业康复师）可通过手势引导康复机器人的移动速度，便于专业康复师轻松的完成示教过程。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或一个以上实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件视为类似的元件。

图1是本公开实施例提供的一种基于手势交互康复机器人的控制方法的示意图。

图2是本公开实施例提供的一种根据位置参数对康复机器人进行控制的控制框图的示意图。

图3是本公开实施例提供的一种基于手势交互康复机器人的控制装置的示意图。

图4是本公开实施例提供的一种基于手势交互康复机器人的控制装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

图1是本公开实施例提供的一种基于手势交互康复机器人的控制方法的示意图。结合图1所示，基于手势交互康复机器人的控制方法包括以下步骤。

S101、在康复机器人的当前位置上，获得康复机器人的实际速度以及获得第一用户施加给康复机器人的第一力。

这里的第一力指的是用户与康复机器人交互的力。例如，上肢康复机器人包括手托和活动板，手托设置在活动板上，手托可在活动板上滑动；在用户使用该上肢康复机器人的过程中，用户握住手托，完成一系列特定动作，实现康复训练的效果。在这种应用场景中，第一力为用户通过手对手托施加给康复机器人的力，可通过设置在手托上的力传感器检测获得。

这里的康复机器人的实际速度，指的是在用户与康复机器人的交互下，康复机器人的活动部位的实际速度。例如，在前述上肢康复机器人的应用场景中，康复机器人的实际速度指的是手托的实际速度。

这里的第一用户指的是正在通过物理交互，使用康复机器人的用户，例如使用康复机器人进行康复训练的用户。

S102、获得第二用户在当前位置所示手势的实际手势速度信息。

这里的第二用户，指的是通过手势交互，对康复机器人进行控制的用户，例如专业康复师。

在本公开实施例中，可通过摄像装置获得第二用户的手势图像，再对手势图像进行识别，再进一步的分析手势的位置以及时刻，获得手势的实际手势速度信息。其中，在对手势图像进行识别的过程中，利用了图像识别技术，这里的图像识别技术可以是基于卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）的图像识别技术，还可以是其他现有的图像识别技术，本公开实施例对图像识别技术的类型不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需求选择合适类型的图像识别技术，以获得实际手势速度信息。

该步骤中的实际手势速度信息可包括手势速度，或者，该步骤中的实际手势速度信息可包括手势速度和手势速度变化率。

S103、根据实际速度、实际手势速度信息和第二力的对应关系，确定与实际速度和实际手势速度信息相对应的第二力。

在实际手势速度信息包括手势速度的应用场景中，该步骤可包括：根据实际速度和手势速度的差值确定积分步长，根据积分步长确定积分，根据积分确定第二力。例如，可将实际速度与手势速度的差值作为积分步长，还可以预先在数据库中建立该差值与积分步长的对应关系，在需要确定积分步长时，通过查询数据库即可获得与该差值相对应的积分步长；在根据积分确定第二力的过程中，可以直接将积分的数值作为第二力的数值，还可以预先在数据库中建立该积分与第二力的对应关系，在需要确定第二力时，通过查询数据库，即可获得与该积分相对应的第二力。通过上述步骤即可获得第二力，并且，在采用这样获得的第二力对康复机器人的进行控制时，可使康复机器人的速度跟随效果较好。

在实际手势速度信息包括手势速度和手势速度变化率的应用场景中，该步骤可包括：根据实际速度、手势速度和手势速度变化率确定积分步长，根据积分步长计算积分，根据积分确定第二力。例如，在确定积分步长的过程中，可根据预先建立的实际速度、手势速度和手势速度变化率与积分步长的对应关系，确定与实际速度、手势速度和手势速度变化率相对应的积分步长；在根据积分确定第二力的过程中，可以直接将积分的数值作为第二力的数值，还可以预先在数据库中建立该积分与第二力的对应关系，在需要确定第二力时，通过查询数据库，即可获得与该积分相对应的第二力。通过上述步骤即可获得第二力，并且，在采用这样获得的第二力对康复机器人的进行控制时，可使康复机器人速度跟随效果较好。

其中，根据步长计算积分，指的是计算积分步长对积分时长的积分。在一些应用场景中，积分时长的起始时刻为第一用户开始操控康复机器人的时刻，积分时长的终点时刻为当康复机器人处于当前位置的时刻；或者，积分时长的初始时刻为需要对康复机器人进行纠正的时刻，例如，积分时长的初始时刻为康复机器人的实际速度与手势速度的差值大于或等于速度阈值的时刻，积分时长的结束时刻为康复机器人处于当前位置的时刻。

可选地，根据实际速度、手势速度和手势速度变化率确定积分步长，包括：获得实际速度和手势速度的速度差值；根据速度差值和手势速度变化率的加权和，或加权平均值，确定积分步长。可以直接将加权和，或加权平均值作为积分步长，还可以预先在数据库中建立加权和，或加权平均值与积分步长的对应关系，在需要确定积分步长时，查询数据库，即可获得与加权和，或加权平均值相对应的积分步长。在确定积分步长的过程中，加入手势速度变化率的影响，可更好地预知手势速度的变化情况，便于使康复机器人的实际速度更好地跟随手势速度。

其中，在计算速度差值和手势速度变化率的加权和，或加权平均值的过程中，速度差值可表示当前状态下康复机器人的实际速度对手势速度跟随情况，速度差值的权重表示对当前状态的重视程度，手势速度变化率可表示手势速度的未来变化情况，手势速度变化率的权重可表示对手势速度的未来变化情况的重视程度。本领域技术人员可根据具体应用场景设置合适的速度差值的权重以及手势速度变化率的权重，进而获得速度差值和手势速度变化率的加权和，或加权平均值，本申请对速度差值的权重和手势速度变化率的权重不做具体限定。

可选地，根据积分确定第二力，包括：获得预设系数；获得预设系数与积分的乘积；根据乘积确定第二力。其中，预设系数主要包括两种情况：预设大于1或预设系数小于1，在预设系数大于1的情况下，表示对积分进行了放大处理；在预设系数小于1的情况下，表示对积分进行了缩小处理。

其中，根据积分确定第二力，可根据积分与第二力的正相关关系，确定与积分对应的第二力。这里的第二力的方向与第一力的方向在同一条直线上，二者方向相同或相反。这样便于第二用户（专业康复师）通过手势引导康复机器人的移动速度。

可选地，获得预设系数，包括：根据预设系数与第一力的对应关系，确定与第一力相对应的预设系数。其中，预设系数与第一力的对应关系指的是预设系数与第一力的负相关关系。具体地，第一力越大，则预设系数越小；第一力越小，则预设系数越大。在第一力比较大的情况下，表示第一用户使当前位置的康复机器人的实际速度跟随手势速度的能力较强，此时适当缩小积分，确定一个比较小的第二力，便于康复机器人的实际速度更好地跟随手势速度；在第一力比较小的情况下，表示第一用户使当前位置的康复机器人的实际速度跟随手势速度的能力较弱，此时适当放大积分，确定一个比较大的第二力，便于康复机器人的实际速度更好地跟随手势速度。

S104、根据第一力和第二力对康复机器人进行控制。

在第一用户（患者）使用康复机器人的过程中，第二用户（专业康复师）可通过手势引导康复机器人的移动速度，便于专业康复师轻松的完成示教过程。

可选地，根据第一力和第二力对机器人进行控制，包括：获得第一力和第二力的合力；根据合力与位置参数的对应关系，确定与合力相对应的位置参数；根据位置参数对康复机器人进行控制。

可选地，合力和位置参数的对应关系包括：

其中，惯性是物体的一种固有属性，表现为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度，质量是对物体惯性大小的量度；根据公式

阻尼指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。阻尼的物理意义是力的衰减，或物体在运动中能量的消散，通俗地讲就是阻止物体继续运动。当物体受到外力作用而振动时，会产生一种使外力衰减的反力，称为阻尼力。作用力与阻尼力的比为阻尼系数。阻尼力的方向总是和运动速度相反，因此材料的阻尼系数越大，意味着其减震效果或阻尼效果越好。本公开实施例不对期望阻尼

图2是本公开实施例提供的一种根据位置参数对康复机器人进行控制的控制框图的示意图。结合图2所示，将位置参数

其中，上述位置控制器21可以是比例-积分-微分（Proportion IntegrationDifferentiation，PID）控制器，还可以是线性二次型调节器（Linear QuadraticRegulator，LQR），本公开实施例对位置控制器21的具体类型不做具体限定，本领域技术人员根据实际需求选择合适类型的位置控制器21即可。

上述速度控制器22可以是PID控制器，还可以是LQR，本公开实施例对速度控制器22的具体类型不做具体限定，本领域技术人员根据实际需求选择合适类型的速度控制器22即可。

当然，在一些实际应用中，可将上述速度控制器22舍弃，只以一个位置控制器21对康复机器人23进行控制（图中未示出）。图2仅是对根据位置参数控制康复机器人的过程的示例性说明，不对本申请中基于手势交互康复机器人的控制方法构成限定。

图3是本公开实施例提供的一种基于手势交互康复机器人的控制装置的示意图。结合图3所示，基于手势交互康复机器人的控制方法包括：第一获得模块31、第二获得模块32、确定模块33和控制模块34，其中，第一获得模块31被配置为在康复机器人的当前位置上，获得机器人的实际速度以及获得第一用户施加给机器人的第一力；第二获得模块32被配置为获得第二用户在当前位置所示手势的实际手势速度信息；确定模块33被配置为根据实际速度、实际手势速度信息和第二力的对应关系，确定与实际速度和实际手势速度信息相对应的第二力；控制模块34被配置为根据第一力和第二力对机器人进行控制。

本公开实施例中提供的基于手势交互康复机器人的控制装置与前述例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法相对应，前述实施例中对基于手势交互康复机器人的控制方法中各特征的限定，同样可适用于该基于手势交互康复机器人的控制装置，这里不再一一赘述。

在一些实施例中，基于手势交互康复机器人的控制装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法。

图4是本公开实施例提供的一种基于手势交互康复机器人的控制装置的示意图。结合图4所示，基于手势交互康复机器人的控制装置包括：处理器（processor）41和存储器（memory）42，还可以包括通信接口（Communication Interface）43和总线44。其中，处理器41、通信接口43、存储器42可以通过总线44完成相互间的通信。通信接口43可以用于信息传输。处理器41可以调用存储器42中的逻辑指令，以执行前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法。

此外，上述的存储器42中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器42作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器41通过运行存储在存储器42中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器42可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。

本公开实施例提供了一种康复机器人，包含前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制装置。

本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法。

本公开实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行前述实施例提供的基于手势交互康复机器人的控制方法。

上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或一个以上指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本公开实施例中方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机读取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”（a）、“一个”（an）和“所述”（the）旨在同样包括复数形式。另外，当用于本申请中时，术语“包括”（comprise）及其变型“包括”（comprises）和/或包括（comprising）等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品（包括但不限于装置、设备等），可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或一个以上用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。