[发明专利]一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统

权利要求书

1.一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括Sphero球形机器人、终端电脑、带支架的摄像头和场景坐标纸，所述Sphero球形机器人通过内置的蓝牙通信模块与终端电脑连接，所述带支架的摄像头通过USB端口与终端电脑连接，所述带支架的摄像头置于场景坐标纸一侧并使摄像头垂直照射场景坐标纸，所述Sphero球形机器人置于场景坐标纸上，所述软件系统包括Visual Studio开发模块、OpenCV机器视觉库模块、GUI界面输入模块和Sphero机器人识别追踪模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述OpenCV机器视觉库模块、GUI界面输入模块和Sphero机器人识别追踪模块是基于Visual Studio开发模块实现的，所述OpenCV机器视觉库模块为Sphero球形机器人提供识别视觉数据，所述GUI界面输入模块输入患者信息并选择训练模式和训练数据的查询，所述Sphero机器人识别追踪模块采用了霍夫圆检测实现机器人识别追踪。

3.根据权利要求1所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述Sphero球形机器人内置蓝牙通信模块、三轴转速陀螺模块、三轴加速计模块和电源模块，所述Sphero球形机器人还包含开放的API平台，用于控制Sphero球形机器人的左驱和右驱车轮的动力、运动轨迹、RGBLED灯光颜色值和数据交流。

4.根据权利要求1所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述带支架的摄像头为广角摄像头且朝下取像，所述带支架的摄像头高度调整至让场景坐标纸铺满带支架的摄像头取像范围，所述场景坐标纸是根据我国成年男性和成年女性的平均身高设置的。

5.根据权利要求1所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述GUI界面输入模块包括主界面和训练数据界面，所述主界面用于输入患者的ID号，然后选择蓝牙连接控制Sphero球形机器人，并连接带支架的摄像头，最后选择训练难度和训练次数即可开始训练；点击主界面的查询钮进入训练数据界面，在训练数据界面查询用户三个月以内的所有训练数据。

6.根据权利要求2所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述霍夫圆检测原理是通过获取Sphero球形机器人图像的圆的位置来实现识别跟踪的，具体分为两步，第一步是检测圆心，第二步是估算半径。

7.根据权利要求6所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述第一步检测圆心，先通过带支架的摄像头获取视频流，然后读取视频并按帧保存，再对图像进行二值化处理和中值滤波处理，处理后的图像进行canny边缘检测，运用sobel算子计算图形的x，y方向上的梯度，之后初始化圆形空间N(a，b)，在二维霍夫空间内绘出所有图形的梯度直线并进行累加，最后经过统计排序N(a，b)后得到可能的圆心。

8.根据权利要求6所述的一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，其特征在于：所述第二步估算半径，先计算其中一个圆刀所有圆周的距离，再根据要检测的圆的大小设定两个阈值，定义圆的半径范围，然后对保留下来的距离进行排序，初始化半径空间R，遍历边缘图中所有非0点，对于所有满足的半径r有N(r)+＝1，最后得到估算的半径值。