一种基于数字孪生的康复机器人管控系统的制作

本发明涉及机器人通信，更具体地涉及一种基于数字孪生的康复机器人管控系统。背景技术：1、传统的康复机器人系统通常采用预设的训练模式，根据患者的病情和康复需求进行康复训练，由于每个患者的病情和康复需求都有所不同，传统的康复机器人系统无法提供针对个体化康复的训练方案，而基于数字孪生的康复机器人管控系统将实时监测患者的生理指标、运动状态以及机器人设备的运行情况，并将这些数据传输到数字孪生模型中进行分析和优化。2、数字孪生技术的出现为康复机器人系统带来了新的发展机遇。数字孪生是将现实世界中的实体物体和其数字化表示相连接，通过实时监测和模拟来实现对真实物体或过程的分析、优化和控制；3、然而上述过程仍然具备以下缺点：4、其一、目前的的康复机器人管控系统仅仅是通过对患者的康复治疗进行远程监控和指导，缺少根据患者自身的情况进行智能化的数据分析，从而对患者的治疗期间对机器人的参数进行自动化调整和控制；5、其二、患者于康复机器人之间进行交互不灵活，无法根据患者的实际情况对机器人进行运动控制和调整，从而会导致患者治疗期间的体验度和适应性不够。技术实现思路1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于数字孪生的康复机器人管控系统，以解决上述背景技术中存在的问题。2、本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生的康复机器人管控系统，包括：3、数据信息采集模块：用于采集患者生理数据和康复机器人运动数据，包括患者生理数据采集单元和机器人运动数据采集单元，并将采集的患者生理数据和康复机器人运动数据传输至数据管理模块；4、数据分析模块：通过患者生理数据进行分析计算，得到姿态行为识别系数和康复目标行为系数，通过康复机器人运动数据进行分析计算，得到运动规划系数和力度控制系数；5、任务规划模块：用于分析姿态行为识别系数和康复目标行为系数，得到优先任务规划系数，通过优先任务规划系数对患者康复目标的紧急程度进行康复任务优先级排序，并将任务规划结果传输至远程监控模块；6、运动控制模块：用于分析运动规划系数和力度控制系数，得到运动控制系数，通过将运动控制系数与患者实际情况的预设阈值进行比较，控制机器人的运行状态和姿态动作变化，并将运动控制的结果传输至远程监控模块；7、远程监控模块：用于实时监测机器人的运动参数，并通过优先任务规划系数和运动控制系数相结合控制机器人与患者的交互情况，进而对康复机器人进行运动控制和运动调整，并将优先任务规划系数和运动控制系数的控制结果传输至通信连接模块；8、通信连接模块：用于将控制中心与康复机器人之间进行通信连接，控制中心根据优先任务规划系数和运动控制系数的控制结果通过网络向康复机器人下达控制指令，康复机器人将执行的指令反馈至控制中心。9、优选的，所述数据信息采集模块的具体采集方式为：10、患者生理数据采集单元：通过传感器与患者的身体接触或近距离感测，记录并采集患者的生理数据；11、机器人运动数据采集单元：通过与云端服务器相连接，采集和监测康复机器人运动数据，并进行数据传输和远程监控。12、优选的，所述姿态行为识别系数具体计算方式为：13、步骤s1：评估患者肌肉的活动强度xi表示肌电信号的瞬时值，n表示肌电信号的总点数；14、步骤s2：获取患者姿态变化角度率θ1表示连续时间点t1所对应的角度，θ2表示连续时间点t2所对应的角度，所述a1表示连续时间点t1所对应的关节结点的坐标，即a1(a1，b1，c1)，b1表示连续时间点t1所对应的运动末端的坐标，即b1(a2，b2，c2，)，所述表示连续时间点t2所对应的关节结点的坐标，即a2(a′1，b1′，c1′，)，表示连续时间点t2所对应的运动末端的坐标，即b2(a′2，b2′，c′2，)；15、步骤s3：使用康复机器人患者的运动速度sj表示第j个时间点的位置，sj-1表示第j-1时间点的位置，tj表示第j时间点位置的时间戳，tj-1表示第j-1时间点位置的时间戳；16、步骤s4：分析患者生理数据的姿态行为识别系数具体计算公式为z＝w1×r+w2×r+w3×vj，w1表示患者肌肉的活动强度的权重，w2表示患者姿态变化角度的权重，w3表示使用康复机器人患者的运动速度的权重。17、优选的，所述康复目标行为系数具体计算方式为：18、分析患者生理数据的康复目标行为系数具体计算公式为n表示共有n个生理指标的改善程度，d1表示患者运动功能的改善程度，d2表示患者功能独立性的改善程度，d3表示患者平衡姿态的改善程度，d4表示患者疼痛的改善程度,f1表示表示患者运动功能的改善程度的影响因子，f2表示表示患者功能独立性的改善程度的影响因子，f3表示患者平衡姿态的改善程度的影响因子，f4表示患者疼痛的改善程度的影响因子。19、优选的，所述运动规划系数具体计算方式为：20、分析康复机器人运动数据的运动规划系数具体计算公式为q＝β1×k1×f+β2×k2×v+β3×k3×p+β4×k4×i，f表示患者的肌力，v表示期望的运动速度，p表示康复机器人的最大活动范围，i表示康复机器人的实际惯性，k1表示力矩系数，k2表示速度系数，k3表示位置系数，k4表示惯性系数，β1，β2，β3，β4分别表示比例常数。21、优选的，所述力度控制系数具体计算方式为：22、分析康复机器人运动数据的力度控制系数具体计算公式为g表示常数，是根据康复机器人的设计进行调整，q表示患者的体重，m表示患者的实际肌力水平，mmax表示患者的最大肌力水平。23、优选的，所述优先任务规划系数具体计算方式为：24、分析出优先任务规划系数具体计算公式为η＝α×zγ+(1-α)×hγ，α表示姿态行为识别系数的权重，γ表示任务的紧急程度影响因子，z表示姿态行为识别系数，h表示康复目标行为系数，根据优先任务规划系数值的大小，对患者康复目标的紧急程度进行优先排序。25、优选的，所述运动控制系数具体计算方式为：26、分析出运动控制系数具体计算公式为ε＝ln1+q×l|，q表示运动规划系数，l表示力度控制系数，若运动控制系数ε小于患者实际情况的预设阈值ε′，则患者进行康复训练的运动状态正常，若运动控制系数ε大于或等于患者实际情况的预设阈值ε′，则需要对康复机器人的运动参数进行调整。27、优选的，所述远程监控模块先通过优先任务规划系数根据任务的优先级来确定机器人的行动顺序，再通过运动控制系数调整机器人的运动方式和力度。28、优选的，所述通信连接模块是先通过康复机器人在接收到控制中心发送的指令后，根据指令解析出具体的动作要求，并进行相应的准备，再由康复机器人向控制中心发送准备完毕并执行的指令，若控制中心在下达了三次控制指令之后，未接收到康复机器人的反馈指令，则判定康复机器人出现故障，立即发出故障预警指令。29、本发明的技术效果和优点：30、本发明通过设有数据信息采集模块对患者生理数据和康复机器人运动数据进行采集，通过数据分析模块分析计算出姿态行为识别系数、康复目标行为系数、运动规划系数和力度控制系数，通过任务规划模块根据任务规划模块分析出优先任务规划系数，对患者康复目标的紧急程度进行康复任务优先级排序，通过运动控制模块根据运动规划系数和力度控制系数分析出运动控制系数，控制机器人的运行状态和姿态动作变化，通过远程监控模块实时监测机器人的运动参数，并控制机器人与患者的交互情况，通过通信连接模块将控制中心与康复机器人之间进行通信连接，有利于根据患者自身的情况进行智能化的数据分析，从而对患者的治疗期间对机器人的参数进行自动化调整和控制，通过控制机器人与患者间的实际交互情况，提高了患者治疗期间的体验度和适应性。