一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法
文献发布时间:2023-06-19 10:33:45
技术领域
本发明涉及艾灸治疗技术领域,更具体地说,它涉及一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法。
背景技术
艾灸是用艾叶制成的艾条,产生的艾热刺激人体穴位或特定部位,通过激发经气的活动来调整人体紊乱的生理生化功能,从而达到防病治病目的的一种治疗方法。
传统艾灸方法多为艾灸师手握艾条对病床上的患者进行艾灸,持续时间长,劳动强度大,且艾灸师艾灸水平参差不齐,部分患者无法享受到较好的艾灸手法。艾灸机器人可有效替代艾灸师进行艾灸,但同样面临只有固定艾灸、上下直线艾灸等极简单艾灸手法的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法,该方法解决了现有技术中存在的艾灸机器人只有固定艾灸、上下直线艾灸等极简单艾灸手法的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种艾灸手法轨迹获取与复现的方法,包括以下步骤:
S1获取艾灸手法轨迹;
S11搭建艾灸数据采集系统;
S12采集艾灸轨迹数据;
S13使用机器学习的方法得到轨迹预测模型;
S2复现艾灸手法轨迹;
S21搭建艾灸机器人系统;
S22采用笛卡尔空间映射轨迹,获取艾灸机器人基坐标系下的艾灸机器人末端轨迹;
S23进行轨迹跟踪与异常监测。
进一步地,所述艾灸数据采集系统包括
红外运动捕捉仪,所述红外运动捕捉仪用于对整个艾灸过程进行监控;
两组Mark点,所述Mark点分别贴在艾灸师手背与患者艾灸穴位上,用于供红外运动捕捉仪实时追踪;
温度传感器,所述温度传感器实时监测艾灸师在艾灸过程中,艾灸穴位的表面温度;
主控制台,所述主控制台能够接收红外运动捕捉仪传输的Mark点轨迹信息并进行处理,所述主控制台能够接收接收温度传感器传输的温度信息并进行处理。
进一步地,步骤S12包括以下步骤:
S121打开艾灸数据采集系统,准备采集轨迹信息;
S122艾灸师开始艾灸,主控制台接收Mark点轨迹点信息;
S123重复步骤S122,直至完成同一穴位艾灸n次;
S124更换穴位,重复步骤S122至S124,直至艾灸完所有穴位;
S125根据艾灸师手部与艾条信息,建立艾灸师手部和艾条的运动学模型,根据艾灸手法不同和艾条燃烧端变化信息,得出艾条末端位姿
S126根据艾条末端的轨迹点数据(x
进一步地,所述不同艾灸手法包括
悬定灸:艾条燃烧对准艾灸穴位,并与穴位的距离保持恒定;
雀啄灸:施与穴位的火力有渐变过程,即先由弱到强,然后再由强到弱,体现在艾条燃烧头距离皮肤的高度变化就是由高到低,再由低到高,这个过程犹如麻雀啄米,故名雀啄灸;
摆尾灸:热量不持续,有间断,艾条在一定的区间内往返运动。
进一步地,步骤S13包括以下步骤:
S131选择穴位a,对S12中主控制台接收的穴位a的n组离散轨迹点数据进行预处理;
S132使用机器学习模型拟合数据,生成穴位a连续的艾灸轨迹和该穴位对应的变换矩阵函数
S133更换穴位,重复步骤S131至S132,获取所有穴位对应的艾灸轨迹,生成艾灸轨迹预测模型;
S134使用均方根误差与R方值指标对轨迹预测模型进行评估与优化,若出现过拟合现象,则调整训练集的成分,若出现欠拟合现象,则增加数据样本以及训练量。
进一步地,所述机器学习模型包括
线性回归模型、高斯过程模型、神经网络模型。
进一步地,所述艾灸机器人系统包括
次控制台,所述次控制台包括有人机交互界面,所述人机交互界面包括有穴位选择、急停、恢复零位功能。
艾灸机器人,所述艾灸机器人用于对患者进行艾灸治疗,且与次控制台耦接并实时通信;
温度传感器,所述温度传感器实时监测艾灸机器人在艾灸过程中,艾灸穴位的表面温度,并将温度数据实时传送至次控制台;
进一步地,步骤S22包括以下步骤:
S221艾灸师在人机交互界面中选择穴位b与相应艾灸手法;
S222将穴位b代入S13生成的轨迹预测模型中获取穴位b的艾灸轨迹和该穴位对应的变换矩阵函数
S223控制艾灸机器人移动至该穴位,得到变换矩阵
进一步地,步骤S23包括以下步骤:
S231建立艾灸机器人的运动学模型,通过求解末端轨迹
S232艾灸机器人系统运行过程中温度传感器实时监测艾灸穴位表面温度,并将温度数据实时发送至次控制台,若有异常,则次控制台发出警报,并暂停艾灸机器人运行。
综上所述,本发明具有以下有益效果:在艾灸机器人替代艾灸师进行艾灸的过程中,能够灵动复刻艾灸师的艾灸手法;同时能够对艾灸机器人的艾灸过程进行监控,进一步确保艾灸手法的正确性。
附图说明
图1为基于机器学习的艾灸手法轨迹获取与复现方法的流程图;
图2为获取艾灸手法轨迹的流程图;
图3为复现艾灸手法轨迹的流程图;
图4为艾灸数据采集系统的示意图;
图5为艾灸机器人系统的示意图;
图6为Mark点在患者穴位的实施状态图;
图7为Mark点在艾灸师手部的实施状态图。
附图标记:1、红外运动捕捉仪;2、温度传感器;3、艾条;4、Mark点;5、主控制台;6、艾灸机器人;7、次控制台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是,下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向,词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-7所示,基于机器学习的艾灸手法轨迹获取与复现方法,具体按照以下步骤实施:
S1获取艾灸手法轨迹
S11搭建艾灸数据采集系统;
S12采集艾灸轨迹数据;
S13使用机器学习的方法得到轨迹预测模型;
S2复现艾灸手法轨迹
S21搭建艾灸机器人系统;
S22采用笛卡尔空间映射轨迹,获取艾灸机器人6基坐标系下的艾灸机器人6末端轨迹;
S23进行轨迹跟踪与异常监测。
综上所述,本发明具有以下有益效果:在艾灸机器人替代艾灸师进行艾灸的过程中,能够灵动复刻艾灸师的艾灸手法;同时能够对艾灸机器人的艾灸过程进行监控,进一步确保艾灸手法的正确性。
艾灸数据采集系统包括
红外运动捕捉仪1,红外运动捕捉仪1用于对整个艾灸过程进行监控;
两组Mark点4,Mark点4分别贴在艾灸师手背与患者艾灸穴位上,用于供红外运动捕捉仪1实时追踪;此处的两组Mark点4用于复刻艾灸师在进行艾灸时的艾灸手法。
温度传感器2,温度传感器2实时监测艾灸师在艾灸过程中,艾灸穴位的表面温度;
主控制台5,主控制台5能够接收红外运动捕捉仪1传输的Mark点4轨迹信息并进行处理,主控制台5能够接收接收温度传感器2传输的温度信息并进行处理。
如图4所示,艾灸数据采集系统的一种实施方式包括有一个温度传感器2、两组Mark点4、四组红外运动捕捉仪1与一台计算机,红外运动捕捉仪1设置在视角能覆盖整个床面的位置,计算机即为主控制台5,用于接收红外运动捕捉仪1捕捉的Mark点4轨迹信息与相应信息的处理,温度传感器2固定在床沿可以测量人体表面温度的位置,并将患者艾灸穴位实时温度信息发送至计算机,艾灸师在红外运动捕捉仪1视场范围内手握艾条3对患者艾灸穴位进行艾灸。
本发明主要对常用的艾灸手法进行获取和复现,包括但不限于悬定灸、雀啄灸、摆尾灸。具体来说,
悬定灸:艾条燃烧对准艾灸穴位,并与穴位的距离保持恒定;
雀啄灸:施与穴位的火力有渐变过程,即先由弱到强,然后再由强到弱,体现在艾条燃烧头距离皮肤的高度变化就是由高到低,再由低到高,这个过程犹如麻雀啄米,故名雀啄灸;
摆尾灸:热量不持续,有间断,艾条在一定的区间内往返运动。
步骤S12包括以下步骤:
S121打开艾灸数据采集系统,准备采集轨迹信息;准备工作包括打开红外运动捕捉仪1、温度传感器2、主控制台5等,使得艾灸师在正式艾灸时所有艾灸手法过程能够被清晰完整的捕捉。
S122艾灸师开始艾灸,令艾灸师手握艾条3且在艾灸过程中手与艾条3不得有相对运动,依次对该穴位使用悬定灸、雀啄灸、摆尾灸这三种艾灸手法,也可以酌情增加艾灸师自己掌握的适合该穴位的艾灸手法,同时艾灸数据采集系统捕捉Mark点4轨迹点数据(x
S123重复步骤S122,直至完成同一穴位艾灸n次,例如5次;
S124更换穴位,重复步骤S122至S124,直至艾灸完所有穴位;
S125根据艾灸师手部与艾条3信息,即将艾灸师手与艾条3分别视为刚体,建立艾灸师手部和艾条3的运动学模型。
考虑艾条3燃烧的变化,得到艾条3末端位姿
S126由艾条3末端的轨迹点数据(x
步骤S13包括以下步骤:
S131选择穴位a,对S12中主控制台5接收的穴位a的n组离散轨迹点数据进行预处理,并进行分析;按上述n=5为例,得到的该穴位的5组离散轨迹点数据(x
S132使用机器学习模型拟合数据,生成穴位a连续的艾灸轨迹和该穴位对应的变换矩阵函数,并传输至主控制台5;此处的学习模型包括但不限于线性回归、高斯过程、神经网络模型,这些学习模型采用人工智能领域常规设计和使用方式,以线形回归模型为例,使用线性回归模型X(t)=f(x
S133更换穴位,重复步骤S131至S132,获取所有穴位对应的艾灸轨迹,生成艾灸轨迹预测模型(X,Y,Z,Α,Β,Γ,V,TEM);
S134使用均方根误差与R方值指标对轨迹预测模型进行评估与优化,若出现过拟合现象,则调整训练集的成分,若出现欠拟合现象,则增加数据样本以及训练量。
艾灸机器人系统包括
次控制台7,次控制台7包括有人机交互界面,人机交互界面包括有穴位选择、急停、恢复零位等功能。
艾灸机器人6,艾灸机器人6用于对患者进行艾灸治疗,且与次控制台7耦接并实时通信;
温度传感器2,温度传感器2实时监测艾灸机器人6在艾灸过程中,艾灸穴位的表面温度,并将温度数据实时传送至次控制台7;
步骤S22包括以下步骤:
S221艾灸师在人机交互界面中选择穴位b与相应艾灸手法,如悬定灸、雀啄灸、摆尾灸等;
S222将穴位b代入S13生成的轨迹预测模型中获取穴位b的艾灸轨迹和该穴位对应的变换矩阵函数
S223控制艾灸机器人6移动至该穴位,得到变换矩阵
步骤S23包括以下步骤:
S231建立艾灸机器人6的运动学模型,通过求解末端轨迹
S232艾灸机器人6系统运行过程中温度传感器2实时监测艾灸穴位表面温度,并将温度数据实时发送至次控制台7,若有异常,则次控制台7发出警报,并暂停艾灸机器人6运行。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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