本發(fā)明屬于力學(xué)測(cè)量和電數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種針灸參數(shù)測(cè)量裝置及基于其的針灸手法分類方法。

背景技術(shù)：

1、隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能機(jī)器人的使用逐漸普遍，但機(jī)器人仿人針灸還在起步階段。為了進(jìn)一步推進(jìn)機(jī)器人仿人針灸，對(duì)針灸參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量、對(duì)機(jī)器人仿人針灸的手法進(jìn)行準(zhǔn)確量化和評(píng)估，已成為當(dāng)前亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人仿人針灸存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種針灸參數(shù)測(cè)量裝置及基于其的針灸手法分類方法，提高針灸參數(shù)測(cè)量和針灸手法分類的準(zhǔn)確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種針灸參數(shù)測(cè)量裝置，包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、3根柔性鉸鏈和3根光纖；上平臺(tái)與下平臺(tái)平行設(shè)置，且中心點(diǎn)連線垂直于上下平臺(tái)，中心點(diǎn)連線構(gòu)成針灸測(cè)量裝置的中心軸；所述3根柔性鉸鏈和3根光纖均固定于上平臺(tái)與下平臺(tái)之間，3根柔性鉸鏈設(shè)置于繞所述中心軸的圓周上且相互間隔120°，上平臺(tái)、下平臺(tái)和3根柔性鉸鏈一起構(gòu)成針灸參數(shù)測(cè)量的彈性體；所述3根光纖分別設(shè)置于每?jī)蓚€(gè)柔性鉸鏈之間，其中第一光纖和第二光纖均處于緊繃懸置狀態(tài)且呈平行對(duì)稱布置，第三光纖僅下端與下平臺(tái)固定而呈自由狀態(tài)；所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置，通過3根光纖的光柵中心波長(zhǎng)漂移量轉(zhuǎn)換計(jì)算得到彈性體所安裝針灸的軸向力和軸向力矩。

4、進(jìn)一步的，將所述3根柔性鉸鏈，沿逆時(shí)針方向依次命名第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈和第三柔性鉸鏈；第一與第三柔性鉸鏈之間設(shè)置第一光纖，第二與第三柔性鉸鏈之間設(shè)置第二光纖，第一與第二柔性鉸鏈之間設(shè)置第三光纖；

5、所述上平臺(tái)，在固定第一柔性鉸鏈的位置處設(shè)置第一光纖固定上孔，在固定第二柔性鉸鏈的位置處設(shè)置第二光纖固定上孔；所述下平臺(tái)，在固定第一與第三柔性鉸鏈的中間位置處設(shè)置第一光纖固定下孔，在固定第二與第三柔性鉸鏈的中間位置處設(shè)置第二光纖固定下孔，在固定第一與第二柔性鉸鏈的中間位置處設(shè)置第三光纖固定下孔；

6、第一光纖固定于第一光纖固定上孔與第一光纖固定下孔之間，第二光纖固定于第二光纖固定上孔與第二光纖固定下孔之間。

7、進(jìn)一步的，所述柔性鉸鏈的類型為直圓形，相鄰柔性鉸鏈的相對(duì)面呈圓弧狀。

8、進(jìn)一步的，所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置還包括內(nèi)部中空的柱形外殼，用于內(nèi)部固定安裝彈性體。

9、進(jìn)一步的，所述外殼在下平臺(tái)的位置處設(shè)置若干通孔，下平臺(tái)在外殼通孔的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置沉孔，使用螺栓穿過外殼的通孔與下平臺(tái)的沉孔螺旋連接。

10、進(jìn)一步的，所述光纖均采用光纖布拉格光柵。

11、一種基于上述任一所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置的針灸手法分類方法，包括：

12、獲取已知針灸手法類別的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的時(shí)間序列，構(gòu)建資深中醫(yī)樣本集；所述動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括軸向力和軸向力矩，使用所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置測(cè)量得到；所述運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，使用姿態(tài)或視覺傳感器采集得到；

13、對(duì)資深中醫(yī)樣本集的每個(gè)樣本，通過窗口劃分去除針灸進(jìn)針和出針時(shí)段的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行降噪和預(yù)處理，得到標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練樣本集；

14、以標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練樣本集中多模態(tài)參數(shù)的時(shí)間序列為輸入，對(duì)應(yīng)的手法類別為輸出，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到針灸手法分類器；所述多模態(tài)參數(shù)，是指所有動(dòng)力學(xué)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)經(jīng)預(yù)處理的特征選擇后得到的多個(gè)參數(shù)；

15、按標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練樣本相同的獲取與處理方法，獲取針灸手法類別未知的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，以及處理得到標(biāo)準(zhǔn)待測(cè)樣本；然后將得到的標(biāo)準(zhǔn)待測(cè)樣本輸入至所述針灸手法分類器，輸出得到針灸手法類別。

16、進(jìn)一步的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括gaf、cnn和lstm；所述gaf，將輸入的各模態(tài)參數(shù)的時(shí)間序列編碼為2個(gè)不同的二維圖像序列；所述cnn，采用雙通道并行對(duì)二維圖像序列進(jìn)行雙層卷積、池化和拼接融合，得到多模態(tài)特征序列；所述lstm，對(duì)cnn得到的多模態(tài)特征序列進(jìn)行處理，輸出針灸手法類別。

17、進(jìn)一步的，所述gaf的處理過程，包括：

18、步驟a1，對(duì)每個(gè)樣本每個(gè)模態(tài)參數(shù)的時(shí)間序列進(jìn)行處理，使樣本數(shù)據(jù)的均值為0；

19、步驟a2，對(duì)第個(gè)樣本每個(gè)模態(tài)參數(shù)的時(shí)間序列，使用長(zhǎng)度為的窗口劃分子序列，得到子序列集合：

20、???????????????????????

21、其中，為時(shí)間序列的時(shí)間步數(shù)，為劃分得到的個(gè)子序列，任意第個(gè)子序列為：

22、?????????????????????

23、步驟a3，將子序列進(jìn)行g(shù)af轉(zhuǎn)換，具體過程為：

24、(1)將個(gè)子序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化縮放，任意第個(gè)子序列中的任意第k個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化縮放：

25、???????????????

26、式中，表示子序列中第k個(gè)數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化縮放得到的數(shù)據(jù)；

27、(2)將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化縮放后的子序列進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，任意第個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換公式為：

28、??????????????????????????????

29、其中，、為分別為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的相位角和極坐標(biāo)半徑；

30、(3)每個(gè)子序列生成2種不同的格拉姆角場(chǎng)圖像和用以消除高斯噪聲影響：

31、????????????????????

32、。

33、進(jìn)一步的，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括位移、速度和加速度；使用佩戴于食指指節(jié)的姿態(tài)傳感器，采集食指指節(jié)的三軸的角度、角速度和加速度值，并通過積分轉(zhuǎn)換為三軸的位移和速度。

34、本發(fā)明的針灸參數(shù)測(cè)量裝置，將3根柔性鉸鏈和3根光纖均固定于上平臺(tái)與下平臺(tái)之間，且3根柔性鉸鏈設(shè)置于繞所述中心軸的圓周上且相互間隔120°；且3根光纖分別設(shè)置于每?jī)蓚€(gè)柔性鉸鏈之間，通過上下平臺(tái)的固定孔以將第一、第二光纖固定在上下平臺(tái)之間且處于緊繃懸置狀態(tài)且呈平行對(duì)稱；由于這樣能處于緊繃懸置狀態(tài)且呈平行對(duì)稱狀態(tài)，從而可以利用該幾何關(guān)系，通過光柵中心波長(zhǎng)漂移量轉(zhuǎn)換計(jì)算得到彈性體所安裝針灸的軸向力和軸向力矩。因此，本發(fā)明針灸參數(shù)測(cè)量裝置，利用上述光纖、柔性鉸鏈、上下平臺(tái)之間的相互位置關(guān)系，可以用于快速準(zhǔn)確地測(cè)量得到針灸的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。另外，本發(fā)明基于測(cè)量得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可以對(duì)針灸手法進(jìn)行快速分類和評(píng)分。

技術(shù)特征：

1.一種針灸參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、3根柔性鉸鏈和3根光纖；上平臺(tái)與下平臺(tái)平行設(shè)置，且中心點(diǎn)連線垂直于上下平臺(tái)，中心點(diǎn)連線構(gòu)成針灸測(cè)量裝置的中心軸；所述3根柔性鉸鏈和3根光纖均固定于上平臺(tái)與下平臺(tái)之間，3根柔性鉸鏈設(shè)置于繞所述中心軸的圓周上且相互間隔120°，上平臺(tái)、下平臺(tái)和3根柔性鉸鏈一起構(gòu)成針灸參數(shù)測(cè)量的彈性體；所述3根光纖分別設(shè)置于每?jī)蓚€(gè)柔性鉸鏈之間，其中第一光纖和第二光纖均處于緊繃懸置狀態(tài)且呈平行對(duì)稱布置，第三光纖僅下端與下平臺(tái)固定而呈自由狀態(tài)；所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置，通過3根光纖的光柵中心波長(zhǎng)漂移量轉(zhuǎn)換計(jì)算得到彈性體所安裝針灸的軸向力和軸向力矩；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針灸參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，所述柔性鉸鏈的類型為直圓形，相鄰柔性鉸鏈的相對(duì)面呈圓弧狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針灸參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置還包括內(nèi)部中空的柱形外殼，用于內(nèi)部固定安裝彈性體。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針灸參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，所述外殼在下平臺(tái)的位置處設(shè)置若干通孔，下平臺(tái)在外殼通孔的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置沉孔，使用螺栓穿過外殼的通孔與下平臺(tái)的沉孔螺旋連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針灸參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，所述光纖均采用光纖布拉格光柵。

6.一種基于權(quán)利要求1-5任一所述針灸參數(shù)測(cè)量裝置的針灸手法分類方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的針灸手法分類方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括gaf、cnn和lstm；所述gaf，將輸入的各模態(tài)參數(shù)的時(shí)間序列編碼為2個(gè)不同的二維圖像序列；所述cnn，采用雙通道并行對(duì)二維圖像序列進(jìn)行雙層卷積、池化和拼接融合，得到多模態(tài)特征序列；所述lstm，對(duì)cnn得到的多模態(tài)特征序列進(jìn)行處理，輸出針灸手法類別。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的針灸手法分類方法，其特征在于，所述gaf的處理過程，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的針灸手法分類方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括位移、速度和加速度；使用佩戴于食指指節(jié)的姿態(tài)傳感器，采集食指指節(jié)的三軸的角度、角速度和加速度值，并通過積分轉(zhuǎn)換為三軸的位移和速度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種針灸參數(shù)測(cè)量裝置及基于其的針灸手法分類方法。針灸參數(shù)測(cè)量裝置包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、3根柔性鉸鏈和3根光纖；3根柔性鉸鏈固定于上下平臺(tái)之間，相互間隔120°設(shè)置于繞所述中心軸的圓周上，與上下平臺(tái)一起構(gòu)成彈性體；3根光纖分別設(shè)置于每?jī)筛嵝糟q鏈之間，其中兩根光纖均處于緊繃懸置狀態(tài)且呈平行對(duì)稱布置，第三光纖僅下端與下平臺(tái)固定而呈自由狀態(tài)；該針灸參數(shù)測(cè)量裝置，通過3根光纖的光柵中心波長(zhǎng)漂移量轉(zhuǎn)換計(jì)算得到彈性體所安裝針灸的軸向力和軸向力矩。針灸手法分類則基于測(cè)量得到的軸向力和軸向力矩，通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以對(duì)未知的針灸手法進(jìn)行分類。本發(fā)明可以提高針灸參數(shù)測(cè)量和針灸手法分類的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：梁橋康,鄧展金,龍建勇,秦海,歐陽松濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29