一种针灸参数测量装置及基于其的针灸手法分类方法

本发明属于力学测量和电数据处理，具体涉及一种针灸参数测量装置及基于其的针灸手法分类方法。

背景技术：

1、随着智能化和自动化技术的不断发展，智能机器人的使用逐渐普遍，但机器人仿人针灸还在起步阶段。为了进一步推进机器人仿人针灸，对针灸参数进行准确测量、对机器人仿人针灸的手法进行准确量化和评估，已成为当前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有机器人仿人针灸存在的技术问题，本发明提供一种针灸参数测量装置及基于其的针灸手法分类方法，提高针灸参数测量和针灸手法分类的准确性。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种针灸参数测量装置，包括上平台、下平台、3根柔性铰链和3根光纤；上平台与下平台平行设置，且中心点连线垂直于上下平台，中心点连线构成针灸测量装置的中心轴；所述3根柔性铰链和3根光纤均固定于上平台与下平台之间，3根柔性铰链设置于绕所述中心轴的圆周上且相互间隔120°，上平台、下平台和3根柔性铰链一起构成针灸参数测量的弹性体；所述3根光纤分别设置于每两个柔性铰链之间，其中第一光纤和第二光纤均处于紧绷悬置状态且呈平行对称布置，第三光纤仅下端与下平台固定而呈自由状态；所述针灸参数测量装置，通过3根光纤的光栅中心波长漂移量转换计算得到弹性体所安装针灸的轴向力和轴向力矩。

4、进一步的，将所述3根柔性铰链，沿逆时针方向依次命名第一柔性铰链、第二柔性铰链和第三柔性铰链；第一与第三柔性铰链之间设置第一光纤，第二与第三柔性铰链之间设置第二光纤，第一与第二柔性铰链之间设置第三光纤；

5、所述上平台，在固定第一柔性铰链的位置处设置第一光纤固定上孔，在固定第二柔性铰链的位置处设置第二光纤固定上孔；所述下平台，在固定第一与第三柔性铰链的中间位置处设置第一光纤固定下孔，在固定第二与第三柔性铰链的中间位置处设置第二光纤固定下孔，在固定第一与第二柔性铰链的中间位置处设置第三光纤固定下孔；

6、第一光纤固定于第一光纤固定上孔与第一光纤固定下孔之间，第二光纤固定于第二光纤固定上孔与第二光纤固定下孔之间。

7、进一步的，所述柔性铰链的类型为直圆形，相邻柔性铰链的相对面呈圆弧状。

8、进一步的，所述针灸参数测量装置还包括内部中空的柱形外壳，用于内部固定安装弹性体。

9、进一步的，所述外壳在下平台的位置处设置若干通孔，下平台在外壳通孔的对应位置处设置沉孔，使用螺栓穿过外壳的通孔与下平台的沉孔螺旋连接。

10、进一步的，所述光纤均采用光纤布拉格光栅。

11、一种基于上述任一所述针灸参数测量装置的针灸手法分类方法，包括：

12、获取已知针灸手法类别的动力学参数和运动学参数的时间序列，构建资深中医样本集；所述动力学参数包括轴向力和轴向力矩，使用所述针灸参数测量装置测量得到；所述运动学参数，使用姿态或视觉传感器采集得到；

13、对资深中医样本集的每个样本，通过窗口划分去除针灸进针和出针时段的数据，并进行降噪和预处理，得到标准训练样本集；

14、以标准训练样本集中多模态参数的时间序列为输入，对应的手法类别为输出，训练神经网络模型，得到针灸手法分类器；所述多模态参数，是指所有动力学参数和运动学参数经预处理的特征选择后得到的多个参数；

15、按标准训练样本相同的获取与处理方法，获取针灸手法类别未知的动力学参数和运动学参数，以及处理得到标准待测样本；然后将得到的标准待测样本输入至所述针灸手法分类器，输出得到针灸手法类别。

16、进一步的，所述神经网络模型包括gaf、cnn和lstm；所述gaf，将输入的各模态参数的时间序列编码为2个不同的二维图像序列；所述cnn，采用双通道并行对二维图像序列进行双层卷积、池化和拼接融合，得到多模态特征序列；所述lstm，对cnn得到的多模态特征序列进行处理，输出针灸手法类别。

17、进一步的，所述gaf的处理过程，包括：

18、步骤a1，对每个样本每个模态参数的时间序列进行处理，使样本数据的均值为0；

19、步骤a2，对第个样本每个模态参数的时间序列，使用长度为的窗口划分子序列，得到子序列集合：

20、                       

21、其中，为时间序列的时间步数，为划分得到的个子序列，任意第个子序列为：

22、                     

23、步骤a3，将子序列进行gaf转换，具体过程为：

24、(1)将个子序列进行标准化缩放，任意第个子序列中的任意第k个数据进行标准化缩放：

25、               

26、式中，表示子序列中第k个数据经标准化缩放得到的数据；

27、(2)将每个标准化缩放后的子序列进行极坐标转换，任意第个数据的转换公式为：

28、                              

29、其中，、为分别为数据转换得到的相位角和极坐标半径；

30、(3)每个子序列生成2种不同的格拉姆角场图像和用以消除高斯噪声影响：

31、                    

32、。

33、进一步的，所述运动学参数包括位移、速度和加速度；使用佩戴于食指指节的姿态传感器，采集食指指节的三轴的角度、角速度和加速度值，并通过积分转换为三轴的位移和速度。

34、本发明的针灸参数测量装置，将3根柔性铰链和3根光纤均固定于上平台与下平台之间，且3根柔性铰链设置于绕所述中心轴的圆周上且相互间隔120°；且3根光纤分别设置于每两个柔性铰链之间，通过上下平台的固定孔以将第一、第二光纤固定在上下平台之间且处于紧绷悬置状态且呈平行对称；由于这样能处于紧绷悬置状态且呈平行对称状态，从而可以利用该几何关系，通过光栅中心波长漂移量转换计算得到弹性体所安装针灸的轴向力和轴向力矩。因此，本发明针灸参数测量装置，利用上述光纤、柔性铰链、上下平台之间的相互位置关系，可以用于快速准确地测量得到针灸的运动学参数和动力学参数。另外，本发明基于测量得到的运动学参数和动力学参数，可以对针灸手法进行快速分类和评分。

技术特征：

1.一种针灸参数测量装置，其特征在于，包括上平台、下平台、3根柔性铰链和3根光纤；上平台与下平台平行设置，且中心点连线垂直于上下平台，中心点连线构成针灸测量装置的中心轴；所述3根柔性铰链和3根光纤均固定于上平台与下平台之间，3根柔性铰链设置于绕所述中心轴的圆周上且相互间隔120°，上平台、下平台和3根柔性铰链一起构成针灸参数测量的弹性体；所述3根光纤分别设置于每两个柔性铰链之间，其中第一光纤和第二光纤均处于紧绷悬置状态且呈平行对称布置，第三光纤仅下端与下平台固定而呈自由状态；所述针灸参数测量装置，通过3根光纤的光栅中心波长漂移量转换计算得到弹性体所安装针灸的轴向力和轴向力矩；

2.根据权利要求1所述的针灸参数测量装置，其特征在于，所述柔性铰链的类型为直圆形，相邻柔性铰链的相对面呈圆弧状。

3.根据权利要求1所述的针灸参数测量装置，其特征在于，所述针灸参数测量装置还包括内部中空的柱形外壳，用于内部固定安装弹性体。

4.根据权利要求3所述的针灸参数测量装置，其特征在于，所述外壳在下平台的位置处设置若干通孔，下平台在外壳通孔的对应位置处设置沉孔，使用螺栓穿过外壳的通孔与下平台的沉孔螺旋连接。

5.根据权利要求1所述的针灸参数测量装置，其特征在于，所述光纤均采用光纤布拉格光栅。

6.一种基于权利要求1-5任一所述针灸参数测量装置的针灸手法分类方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的针灸手法分类方法，其特征在于，所述神经网络模型包括gaf、cnn和lstm；所述gaf，将输入的各模态参数的时间序列编码为2个不同的二维图像序列；所述cnn，采用双通道并行对二维图像序列进行双层卷积、池化和拼接融合，得到多模态特征序列；所述lstm，对cnn得到的多模态特征序列进行处理，输出针灸手法类别。

8.根据权利要求7所述的针灸手法分类方法，其特征在于，所述gaf的处理过程，包括：

9.根据权利要求6所述的针灸手法分类方法，其特征在于，所述运动学参数包括位移、速度和加速度；使用佩戴于食指指节的姿态传感器，采集食指指节的三轴的角度、角速度和加速度值，并通过积分转换为三轴的位移和速度。

技术总结本发明公开了一种针灸参数测量装置及基于其的针灸手法分类方法。针灸参数测量装置包括上平台、下平台、3根柔性铰链和3根光纤；3根柔性铰链固定于上下平台之间，相互间隔120°设置于绕所述中心轴的圆周上，与上下平台一起构成弹性体；3根光纤分别设置于每两根柔性铰链之间，其中两根光纤均处于紧绷悬置状态且呈平行对称布置，第三光纤仅下端与下平台固定而呈自由状态；该针灸参数测量装置，通过3根光纤的光栅中心波长漂移量转换计算得到弹性体所安装针灸的轴向力和轴向力矩。针灸手法分类则基于测量得到的轴向力和轴向力矩，通过训练神经网络模型以对未知的针灸手法进行分类。本发明可以提高针灸参数测量和针灸手法分类的准确性。技术研发人员：梁桥康,邓展金,龙建勇,秦海,欧阳松涛受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29