服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种可最大程度地减少患者痛苦，减少家属护理负担，减轻护理人员工作强度，帮助患者康复的服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统。

背景技术：

正常人在日常行为中表现出来的有感觉、知觉、记忆、思维、想像和语言等认知过程，正常人的脑神经、身体免疫功能、肠道菌群结构等状态都是处于正常范围内。然而，人们所知的阿尔兹海莫患者(ad患者)却有着不同的表现，如记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为改变等。阿尔兹海莫患者在患病初期会表现为记忆减退，判断能力下降，不能对事件进行分析、思考、判断，难以处理复杂的问题，社交困难，对所处地理位置定向困难，复杂结构的视空间能力差及言语词汇少，不能独立进行购物及处理经济事务等。处于中度痴呆期的阿尔兹海莫患者则表现为远近记忆严重受损，简单结构的视空间能力下降，时间、地点定向障碍，在处理问题、辨别事物的相似点和差异点方面有严重损害，不能独立进行室外活动，在穿衣、个人卫生以及保持个人仪表方面需要帮助以及不能计算，并会出现各种神经症状。处于重度痴呆期的阿尔兹海莫患者只能完全依赖护理者，严重记忆力丧失，仅存片段的记忆，日常生活不能自理，大小便失禁，呈现缄默、肢体僵直，查体可见锥体束征阳性，有强握、摸索和吸吮等原始反射，且最终昏迷，一般死于感染等并发症。

此外，阿尔兹海莫症是一种被认为是不可逆转的进行性退化性脑病，目前尚无特效药和治疗方法，而只能延缓病情的发展。传统的方法大多为药物治疗与家庭护理康复相结合。然而，由于阿尔兹海莫症患者的认知能力，记忆能力，判断能力等已受损或严重受损，药物治疗及传统护理方法的效果极其有限。不仅如此，护理人员的工作量极大而康复效果不大。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，而提供一种可通过仿生的神经单元来处理信息，可有效维持或者改善阿尔兹海莫患者的认知能力，防止其认知能力、记忆能力、判断能力等的进一步下降，打破恶性循环，通过人机互动最大程度地减少患者痛苦，减轻家属负担及护理人员的工作强度，使患者得以逐步康复的服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统。

为实现上述目的，本发明提供一种服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统，服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统，其特征在于，该系统包括：

个性化服务模块，其采集、存储老年痴呆患者的身体状态数据及个人爱好数据，并针对老年痴呆患者的不同的个体数据制定对应的康复训练计划；

视觉训练模块，其向患者显示图像、动画或视频信息，以人机交互方式判断患者的视觉识别水平，刺激和训练患者的视觉识别能力；

记忆模块，其通过物体、色彩、数字、气味、图片、往事回忆、拼图、痴呆量化表、时钟绘画中的一种或多种元素的组合及人机交互方式刺激和训练患者记忆恢复能力；

总控模块，其分别与所述个性化服务模块、视觉训练模块及记忆模块电连接，接收和处理各模块信息，并发送控制指令，实现对各模块的智能控制；

可选择辅助设备，其分别与所述视觉训练模块、记忆模块及总控模块电连接，显示视觉训练及记忆训练内容，并通过机器人与患者进行人机交互；

机器人，其内设有所述个性化服务模块、视觉训练模块、记忆模块及总控模块，其与可选择辅助设备电连接，且

所述总控模块通过个性化服务模块形成适应不同患者个体的康复训练计划，通过控制视觉训练模块执行视觉训练任务，刺激和训练患者的视觉识别能力，通过控制记忆模块执行刺激和训练患者记忆恢复能力任务，并通过所述视觉训练和记忆训练的结合对老年痴呆患者进行物理性的康复训练。

个性化服务模块为载有软件程序的功能模块，其包括数据采集单元、数据存储单元、数据分析处理单元及康复训练计划单元，其中，所述数据采集单元分别与所述总控模块及数据存储单元电连接，所述数据分析处理单元分别与所述数据存储单元及康复训练计划单元电连接，所述康复训练计划单元与所述总控模块电连接。

视觉训练模块为led眼镜训练单元、3d立体全息图像训练单元及vr眼镜训练单元中的一个或几个单元的组合，其中，led眼镜训练单元和vr眼镜训练单元包括由患者佩戴的led眼镜和vr眼镜和人机交互控制程序及与所述led眼镜和vr眼镜相配合的可选择辅助设备，该可选择辅助设备内存储有视觉训练用的图像、动画或视频信息，所述3d立体全息图像训练单元的3d立体全息图像在所述可选择辅助设备存储和显示。

可选择辅助设备为3d广告风扇、智能手表、自动做饭机器人、自动烘干机、自动药盒及扫地机器人中的一种，其上设有显示屏，该可选择辅助设备与机器人无线连接和通信。

记忆模块为时钟绘画训练单元、痴呆量化表测试与训练单元、空间能力训练单元、回忆训练单元、数字计算训练单元、色彩混淆训练单元、不同物体识别训练单元中的一个或几个单元的组合，该记忆模块还载有人机交互控制程序，所述各单元分别与总控模块及可选择辅助设备电连接，患者通过该记忆模块与机器人进行人机交互，以刺激和训练患者记忆恢复能力。

时钟绘画训练单元包括显示于机器人显示屏上的数字或时钟界面，通过患者对所显示的数字或时钟进行描绘训练使痴呆患者恢复对数字的认知，并提升空间认知能力。

痴呆量化表测试与训练单元设有对患者进行记分评价的包含常识、记忆、计算及识忆量化指标的痴呆量化测试表，通过测试患者脑部不同部位的认知分布，有针对性加强患者记忆面的康复训练。

空间能力训练单元包括显示于机器人显示屏上的拼图游戏界面，通过拼图训练患者大脑思辨能力，提高想象能力和空间认知能力。

回忆训练单元包括显示于机器人显示屏上的熟悉的人或物的图片、声音、视频或3d全息内容，通过患者对熟悉的人或物的辨认，判断和刺激患者的历史记忆和训练水平。

数字计算训练单元设有显示于机器人显示屏上的图形化数字计算点击交互界面，通过数字计算提高患者大脑活跃度，保证人机正常交互，训练手部与语言的对应大脑的区域。

色彩混淆训练单元设有显示于机器人显示屏上的易于混淆的带颜色的物体，通过在不同物体中填充颜色而找出正确的答案，以强化对具有不同颜色物体进行记忆。

不同物体识别训练单元设有显示于机器人显示屏上的物体处于不同位置的画面，患者通过快速匹配寻找，找出其中相同的两幅，以加强对不同物体的回忆。

时钟绘画训练单元、痴呆量化表测试与训练单元、空间能力训练单元、回忆训练单元、数字计算训练单元、色彩混淆训练单元、不同物体识别训练单元均包括载于模块内的与训练内容有关的素材及控制程序。

总控模块包括单片机、个性化服务模块控制单元、视觉训练模块控制单元、记忆模块控制单元、机器人执行单元及人机交互单元，所述单片机分别与所述各单元连接和通信，控制患者各项训练内容的实施和评价。

机器人包括机器人主体，在机器人主体上设有触摸屏、扬声器、麦克风、led表情笑脸罩及万向轮，所述个性化服务模块、视觉训练模块、记忆模块及总控模块设于机器人主体内，患者在康复训练时与机器人进行人机交互。

该系统还设有护理模块，该护理模块包括患者与机器人交互的语言交流单元、视听节目单元、百科知识单元及周边服务单元，患者通过与机器人的语言交流及信息查询刺激患者识别能力、记忆能力，理解能力的康复。

本发明的贡献在于，其有效解决了阿尔兹海莫症患者单纯依赖药物治疗并需大量的人力陪护，缺乏必要的物理康复训练手段的问题。本发明的系统是一种专门针对阿尔兹海莫症患者，由机器人以人机交互方式对患者进行物理康复训练的智能系统，其更接近于人脑的思维特征。本发明针对阿尔兹海莫症患者认知能力，记忆能力，判断能力缺失或严重缺失等情况，设置了包括视觉训练、记忆训练，机器人护理等结构单元，通过机器人提供的视频信息可判断患者的视觉识别水平，刺激和训练患者的视觉识别能力。通过有助于患者记忆恢复的物体、色彩、数字、气味、图片、往事回忆、拼图、痴呆量化表、时钟绘画等人机交互可刺激和训练患者记忆恢复能力。通过贴心的会话，百科知识和信息查询及周边服务等护理服务可部分替代人工护理，可有效减轻家属负担及护理人员的工作强度。本发明或广泛应用于社区、家庭，养老院，康复中心等场所，通过物理性康复训练恢复和改善阿尔兹海莫症患者的健康状况。

【附图说明】

图1是本发明的整体结构框图。

图2是本发明的个性化服务模块结构框图。

图3是本发明的视觉训练模块结构框图。

图4是本发明的记忆模块示意图，其中，图4a为结构框图，图4b为时钟绘画训练单元示意图，图4c为痴呆量化表测试与训练单元示意图，图4d为空间能力训练单元示意图，图4e为回忆训练单元示意图，图4f为数字计算训练单元示意图，图4g为色彩混淆训练单元示意图，图4h为不同物体识别训练单元示意图。

图5是本发明的护理模块示意图。

图6是本发明的总控模块结构框图。

图7是本发明的可选择辅助设备示意图。

图8是本发明的机器人示意图，其中，图8a为外形示意图，图8b为结构框图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

参阅图1，本发明的服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统包括个性化服务模块10、视觉训练模块20、记忆模块30、总控模块40、可选择辅助设备50、机器人60及护理模块70，下面将结合附图对本发明作更详细的描述。

如图2所示，所述个性化服务模块10是针对每个老年痴呆患者的个体所设计的个性化的康复训练解决方案，其包括采集和存储不同老年痴呆患者的身体状态数据及个人爱好数据，并针对老年痴呆患者的不同的个体数据制定对应的康复训练计划。该个性化服务模块10为载有软件程序的功能模块，其包括数据采集单元11、数据存储单元12、数据分析处理单元13及康复训练计划单元14，其中，所述数据采集单元11用于采集患者的医院问诊，电话或视频问诊或亲友调查等身体状态数据。同时，数据采集单元11也采集患者的个人爱好数据，如喜欢唱歌或听歌，喜欢旅游等。该个性化服务模块10分别与所述总控模块40及数据存储单元12电连接，数据采集单元11所采集的数据以病历卡等方式存储在所述数据存储单元12内。所述数据分析处理单元13分别与所述数据存储单元12及康复训练计划单元14电连接，其可对数据存储单元12内存储的不同患者的身体数据进行分析，并给出针对不同患者的个性化的解决方案。所述康复训练计划单元14与所述总控模块40电连接，其根据数据分析处理单元13的解决方案为每个患者制定具体的康复训练计划，并传送到总控模块40。该康复训练计划包括康复训练的内容、步骤、时间及效果判断等。

如图3所示，所述视觉训练模块20为个性化服务模块10的执行模块，其向患者显示图像、动画或视频信息，以人机交互方式判断患者的视觉识别水平，刺激和训练患者的视觉识别能力。该视觉训练模块20可以是led眼镜训练单元21，或是vr眼镜训练单元23或3d立体全息图像训练单元22，也可以是几个单元的组合。其中，所述led眼镜训练单元21和vr眼镜训练单元23包括由患者佩戴的led眼镜和vr眼镜，患者可通过led眼镜和vr眼镜观看训练内容。led眼镜训练单元21和vr眼镜训练单元23还包括人机交互控制程序及与所述led眼镜和vr眼镜相配合的可选择辅助设备50，该可选择辅助设备50可以是3d广告风扇、智能手表、自动做饭机器人、自动烘干机、自动药盒及扫地机器人中的一种，其内存储有视觉训练用的图像、动画或视频信息。所述3d立体全息图像训练单元22的3d立体全息图像在所述可选择辅助设备50存储和显示。

该视觉训练模块20在应用时，由患者佩戴led眼镜或vr眼镜，在可选择辅助设备50上，例如广告风扇的显示屏上显示显示图像、动画或视频信息，例如亲人的视频，患者儿童或青年时期的照片，曾经熟悉的音乐和歌曲等，此时画面上会显示“看着照片你想到了什么”等提问语，并由机器人发出语音问话，由患者回答，从而对患者进行视觉刺激和诱导康复训练。同样地，可在显示屏上显示3d立体全息图像，进行更逼真的视觉刺激和诱导康复训练。

如图4所示，所述记忆模块30为个性化服务模块10的执行模块，其通过物体、色彩、数字、气味、图片、往事回忆、拼图、痴呆量化表、时钟绘画中的一种或多种元素的组合及人机交互方式刺激和训练患者记忆恢复能力。如图4a，该记忆模块30包括时钟绘画训练单元31、痴呆量化表测试与训练单元32、空间能力训练单元33、回忆训练单元34、数字计算训练单元35、色彩混淆训练单元36、不同物体识别训练单元37，它可以是其中的一个单元，也可以是几个单元的组合。所述时钟绘画训练单元31、痴呆量化表测试与训练单元32、空间能力训练单元33、回忆训练单元34、数字计算训练单元35、色彩混淆训练单元36、不同物体识别训练单元37均包括载于模块内的与训练内容有关的素材及控制程序。其中，如图4b所示，所述时钟绘画训练单元31包括显示于机器人60显示屏上的数字或时钟界面，通过患者对所显示的数字或时钟进行描绘训练使痴呆患者恢复对数字的认知，并提升空间认知能力。该时钟绘画训练单元31是在机器人60显示屏上显示时钟图案，患者可选择某种颜色对时钟图案进行填充，通过该训练可以提升患者空间认知能力。如图4c所示，所述痴呆量化表测试与训练单元32设有对患者进行记分评价的包含常识、记忆、计算及识忆量化指标的痴呆量化测试表，通过测试患者脑部不同部位的认知分布，有针对性加强患者记忆面的康复训练，通过与患者的反应交互进行多维度测试。该量化表测试中，可根据患者对显示于机器人60显示屏上的问题回答的正确性所对应分值进行总分累计，从而判断患者是否存在认知障碍。根据已知患者的认知情况，并结合不同问题的输入参数，可估计用户的脑部不同部位的认知分布，从而有针对性加强患者记忆面的康复训练。如图4d，所述空间能力训练单元33包括显示于机器人60显示屏上的拼图游戏界面，通过拼图训练患者大脑思辨能力，提高想象能力和空间认知能力。该空间能力训练单元33是针对空间想象能力不足的痴呆患者或者认知障碍患者进行的训练，该单元将一副图片分成不同的碎片并显示在机器人60显示屏上，由患者进行拼图，直到完成为止。通过该训练达到训练大脑思考能力，帮助提高想象能力和空间认知能力。如图4e，所述回忆训练单元34包括显示于机器人60显示屏上的熟悉的人或物的图片、声音、视频或3d全息内容，通过患者对熟悉的人或物的辨认，判断和刺激患者的历史记忆和训练水平。该回忆训练单元34是针对患者的远期记忆或者对亲人等周边的人和事无法记忆的状况，通过以图片为主的多媒体辅助方式，在机器人60显示屏上显示包含声音、视频或者3d全息内容在内的亲人照片等信息，通过机器人60的辅助提示，唤醒患者存储在大脑海马体中的历史记忆，逐渐让患者回忆起以前的人和事，对熟悉的人和物进行记忆反馈。通过对人像的回答，可以精确地反映用户的训练情况。如图4f，所述数字计算训练单元35设有显示于机器人显示屏上的图形化数字计算点击交互界面，通过数字计算提高患者大脑活跃度，保证人机正常交互，训练手部与语言的对应大脑的区域。该数字计算训练单元35是针对对数字计算功能丧失的患者，通过显示于机器人显示屏上的图形化的数字计算与患者建立点击交互，以提高患者大脑活跃度，保证用户与机器人之间进行正常交互，训练手部与语言的对应大脑的区域，恢复患者的计算功能。如图4g，所述色彩混淆训练单元36设有显示于机器人60显示屏上的易于混淆的带颜色的物体，通过在不同物体中填充颜色而找出正确的答案，以强化对具有不同颜色物体进行记忆。该色彩混淆训练单元36是针对分不清颜色和对颜色的记忆丧失的痴呆患者，患者通过对机器人60显示屏上显示的几组混淆的不同内容中填充颜色，从混淆带颜色的物体中找出正确的答案，以强化对具有不同颜色物体进行记忆中选择出正确的颜色，让患者尽可能回复对颜色的记忆。如图4h，所述不同物体识别训练单元37设有显示于机器人60显示屏上的物体处于不同位置的画面，患者通过快速匹配寻找，找出其中相同的两幅，以加强对不同物体的回忆。该不同物体识别训练单元37是针对对不同的物体有记忆丧失的现象的患者而进行的记忆训练，使患者尽可能回忆起丧失记忆的物体，比如水果、车、数字、字母等等。通过对在机器人60显示屏上显示的出现在不同位置的物体进行快速匹配寻找，找出其中相同的两张，以加强对不同物体的回忆。该记忆模块30载有人机交互控制程序，且所述各单元分别与总控模块40及可选择辅助设备50电连接，患者通过该记忆模块30与机器人60进行人机交互，以刺激和训练患者记忆恢复能力。

本发明的智能机器人系统还设有护理模块70，其可承担由护理人员所负责的部分护理任务。如图5所示，该护理模块70包括患者与机器人交互的语言交流单元71、视听节目单元72、百科知识单元73及周边服务单元74，患者可通过该护理模块70与机器人60进行语言交流，例如与机器人进行日常闲聊以及智能陪伴聊天。患者还可以向机器人60询问股票、地图导航、小笑话、生活常识、音乐、歌曲、知识获取等等。通过会话及信息查询刺激患者识别能力、记忆能力，理解能力的康复，并可有效减轻护理人员的负担。

如图6所示，所述总控模块40是本发明的智能机器人系统的控制部分，其分别与所述个性化服务模块10、视觉训练模块20及记忆模块30电连接，接收和处理各模块信息，并发送控制指令，实现对各模块的智能控制。该总控模块40通过个性化服务模块10形成适应不同患者个体的康复训练计划，通过控制视觉训练模块20执行视觉训练任务，刺激和训练患者的视觉识别能力，通过控制记忆模块30执行刺激和训练患者记忆恢复能力任务，并通过所述视觉训练和记忆训练的结合对老年痴呆患者进行物理性的康复训练。该总控模块40包括单片机41、个性化服务模块控制单元42、视觉训练模块控制单元43、记忆模块控制单元44、机器人执行单元45及人机交互单元46。其中，所述单片机41分别与所述各单元连接和通信，控制患者各项训练内容的实施和评价。所述个性化服务模块控制单元42与所述个性化服务模块10电连接，用于处理个性化服务模块10所获取的患者的个性化身体状态数据及个人爱好数据。所述视觉训练模块控制单元43与所述视觉训练模块20电连接，用于控制视觉训练模块20执行视觉训练计划。所述记忆模块控制单元44与所述记忆模块30电连接，用于控制记忆模块30执行记忆训练计划。所述机器人执行单元45分别与所述视觉训练模块20、记忆模块30、护理模块70及可选择辅助设备50电连接，用于控制视觉训练、记忆训练、护理模块70。所述人机交互单元46与可选择辅助设备50电连接，用于患者与机器人60的人机交互的执行。

如图7所示，所述可选择辅助设备50是与机器人60配合的可选择辅助设备，该可选择辅助设备50与机器人60无线连接和通信。其可以是3d广告风扇、智能手表、自动做饭机器人、自动烘干机、自动药盒及扫地机器人中的一种，其上设有显示屏，视觉训练和记忆训练的相关信息均在其显示屏显示，用户可根据患者康复训练的具体情况和要求选择相应的辅助设备。如选择使用3d广告风扇进行视觉训练时，其显示屏上会显示某种3d图像，例如长颈鹿，此时，机器人60的机器人主体61通过其扬声器612播放问话“你看到了什么？”，由患者进行回答，患者如回答正确，则切换到另一画面。

如图8a、图8b所示，所述机器人60是老年痴呆患者康复训练的智能设备，其包括机器人主体61，在机器人主体61上设有触摸屏611、扬声器612、麦克风613、led表情笑脸罩614及万向轮615，所述个性化服务模块10、视觉训练模块20、记忆模块30及总控模块40设于机器人主体61内，患者在康复训练时与机器人60进行人机交互。所述触摸屏611上显示有患者康复训练的操作界面，患者可通过操作界面进行操作，或通过语音与机器人60进行交互。机器人主体61可通过其万向轮615向任意方向移动。

籍此，本发明提供了可服务于老年痴呆患者康复训练的智能机器人系统，该系统基于人脑的思维特征，由机器人以人机交互方式对患者进行物理康复训练，针对老年痴呆患者的不同情况提供了个性化的康复训练方案，通过视觉训练、记忆训练及机器人护理等全方位的智能化康复训练，可有效维持或者改善阿尔兹海莫患者的认知能力，防止其认知能力、记忆能力、判断能力等的进一步下降，打破恶性循环，通过人机互动最大程度地减少患者痛苦，减轻家属负担及护理人员的工作强度，使患者得以逐步康复。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。