江西求是高等研究院王玉获国家专利权
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龙图腾网获悉江西求是高等研究院申请的专利基于多模态数据的上肢康复机器人控制系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120585602B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511072366.4,技术领域涉及:A61H1/02;该发明授权基于多模态数据的上肢康复机器人控制系统是由王玉;张吉鑫;徐汉洋设计研发完成,并于2025-08-01向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于多模态数据的上肢康复机器人控制系统在说明书摘要公布了:本发明提供了一种基于多模态数据的上肢康复机器人控制系统,包括第一采集模块,采集康复机器人各关节对应的扭矩信号,得到扭矩信号集;第二采集模块,获取患者上肢末端的隐含神经元和原始肌力数据,根据隐含神经元和原始肌力数据获取患者上肢末端肌力动作信号集;第三采集模块,采集患者的眼动数据信息,对眼动数据信息进行位置补偿,得到眼动识别信号集;求解模块,根据扭矩信号集、末端肌力动作信号集以及眼动识别信号集建立多模态状态向量,根据多模态状态向量建立非线性状态转移方程并求解,根据结果预测患者的运动意图;控制模块,根据患者运动意图对康复机器人的运动轨迹进行控制,本发明提供的控制方法康复效果好,适合大范围推广。
本发明授权基于多模态数据的上肢康复机器人控制系统在权利要求书中公布了:1.一种基于多模态数据的上肢康复机器人控制系统,其特征在于,包括: 第一采集模块,用于基于布置在上肢康复机器人若干关节处的扭矩传感器采集各关节对应的人机交互力,根据扭矩雅可比矩阵获取各关节人机交互力对应的扭矩信号,得到扭矩信号集; 第二采集模块,用于获取患者上肢末端的隐含神经元,基于布置在患者上肢末端的肌力传感器采集原始肌力数据,根据隐含神经元和原始肌力数据获取患者上肢末端肌力动作信号集; 第三采集模块,用于根据患者头部穿戴传感器采集患者的眼动数据信息,对所述眼动数据信息进行位置补偿,以剔除眼动数据信息中的边界点,得到眼动识别信号集; 求解模块,用于根据所述扭矩信号集、所述末端肌力动作信号集以及所述眼动识别信号集建立多模态状态向量,根据多模态状态向量建立非线性状态转移方程并求解,根据求解结果预测患者的运动意图; 对于所述求解模块: 所述多模态状态向量的表达式为: 式中,表示康复机器人在t时刻的多模态状态向量,分别表示t时刻的扭矩信号集、肌力动作信号集以及眼动识别信号集,分别表示t时刻的扭矩信号集、肌力动作信号集以及眼动识别信号集对时间的导数; 所述非线性状态转移方程的表达式为: 式中,表示康复机器人在t+1时刻的多模态状态向量,表示非线性状态转移函数,表示外部输入的预设指令控制向量,表示控制过程噪声; 所述根据多模态状态向量建立非线性状态转移方程并求解,根据求解结果预测患者的运动意图的步骤为: 基于物理系统的动态特性,建立从t时刻到t+1时刻的非线性演化关系对应的状态预测方程; 根据非线性演化关系对应的状态预测方程获取状态转移雅可比矩阵,根据状态转移雅可比矩阵建立状态协方差预测方程; 根据非线性演化关系对应的状态预测方程建立观测预测方程和观测雅可比矩阵; 根据所述状态协方差预测方程和所述观测雅可比矩阵计算非线性状态转移方程的卡尔曼增益值; 基于卡尔曼增益值、从t时刻到t+1时刻的非线性演化关系对应的状态预测方程以及观测预测方程进行状态预测方程更新求解,进而预测患者的运动意图; 所述非线性演化关系对应的状态预测方程的表达式为: 式中,表示基于t时刻信息预测的t+1时刻的状态向量,表示非线性状态转移函数,表示t时刻经滤波修正后的状态最优状态估计值; 所述状态转移雅可比矩阵的表达式为: 式中,表示状态转移雅可比矩阵; 所述状态协方差预测方程的表达式为: 式中,表示基于t时刻信息预测的t+1时刻协方差,表示t时刻经滤波修正后的状态最优状态协方差,表示康复机器人补偿值; 所述观测预测方程的表达式为: 式中,表示基于t时刻信息预测的t+1时刻观测值,表示观测函数; 所述观测雅可比矩阵的表达式为: 式中,表示观测雅可比矩阵,表征观测函数在预测状态点的线性化梯度,用于计算状态对观测的敏感性; 所述卡尔曼增益值的表达式为: 式中,表示t+1时刻的非线性状态转移方程卡尔曼增益值,表示观测噪声协方差矩阵,用于描述传感器测量误差; 状态预测方程更新的表达式为: 式中,表示t+1经滤波修正后的状态最优状态估计值,表示患者的运动意图位置,表示t时刻经过修正后状态最优观测值; 控制模块,用于根据预测的患者运动意图对康复机器人的运动轨迹进行控制。
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