[发明专利]一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统

说明书

本发明公开一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，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，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；本发明基于Sphero球形机器人与患者的互动实现对患者的康复训练，通过软件系统控制其运动，患者用手追逐抓取的方式进行上肢肌肉的康复训练，运用带支架的摄像头配合软件系统实现对Sphero球形机器人的识别与追踪、患者成功抓取的识别，增加了康复训练的趣味性，并通过合理设计的场景坐标纸实现不同难度的训练选择，增加康复训练的效果。

技术领域

本发明涉及上肢康复训练技术领域，尤其涉及一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统。

背景技术

脑卒中是中国居民第一致死原因，据调查表明，约有55％-75％脑卒中患者会出现偏瘫，偏瘫引发的肢体损伤，特别是上肢损伤，会导致患者日常活动困难，严重影响了患者的日常生活，随着近年来人们生活水平的提高，肥胖人群和糖尿病人群比例增加，脑卒中的发病率也逐年升高，发病平均年龄逐渐降低，严重威胁着中国居民的健康；

目前，脑卒中患者的康复治疗大多在医院由康复训练师进行，由于脑卒中患者移动困难，运动能力下降，往返医院十分不便，且我国人口基数大，专业对口的康复师数量严重不足，人工康复的精确度以及规范性难以得到保证，因此，本发明提出一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，该基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统基于Sphero球形机器人与患者的互动实现对患者的康复训练，通过软件系统控制其运动，患者用手追逐抓取的方式进行上肢肌肉的康复训练，增加了训练的趣味性，并通过合理设计的场景坐标纸实现不同难度的训练选择，增加康复训练的效果，同时运用带支架的摄像头配合软件系统实现视觉追踪识别判断训练成果，本系统价格实惠，安装操作简单，大大增加了该系统的普适性。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于Sphero球形机器人上肢居家康复系统，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。

进一步改进在于：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。

进一步改进在于：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。

进一步改进在于：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。

进一步改进在于：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。