带手腕康复的手康复功能机器人系统及控制方法-复审决定


发明创造名称:带手腕康复的手康复功能机器人系统及控制方法
外观设计名称:
决定号:187199
决定日:2019-08-21
委内编号:1F255374
优先权日:
申请(专利)号:201710619277.6
申请日:2017-07-26
复审请求人:山东海天智能工程有限公司
无效请求人:
授权公告日:
审定公告日:
专利权人:
主审员:崔朝利
合议组组长:李燕
参审员:王波
国际分类号:A61H1/02
外观设计分类号:
法律依据:专利法第22条第3款
决定要点
:如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征,其中部分区别技术特征被其他对比文件公开,且其在其他对比文件中的作用与在本申请中相同,另外部分区别技术特征属于本领域惯用的技术手段,那么该项权利要求的技术方案是显而易见的,不具备创造性。
全文:
本复审请求涉及申请号为201710619277.6,名称为“带手腕康复的手康复功能机器人系统及控制方法”的发明专利申请(下称本申请),申请人为山东海天智能工程有限公司。本申请的申请日为2017年07月26日,公开日为2017年11月17日。
国家知识产权局专利实质审查部门于2018年05月02日发出驳回决定,驳回了本申请,其理由是:本申请权利要求1-6不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
驳回决定中引用了以下对比文件:
对比文件1:CN203736485U,授权公告日为2014年07月30日;
对比文件2:CN1803122A, 公开日为2006年07月19日;
对比文件3:CN101897643A, 公开日为2010年12月01日。
驳回决定所依据的审查文本为:2018年03月23日提交的权利要求第1-6项;申请日2017年07月26日提交的说明书第1-18页、说明书附图第1-10页、说明书摘要、摘要附图。
驳回决定所针对的权利要求书如下:
“1.一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,包括:
带手腕康复训练功能的手康复训练用装置、便携式Emotiv脑电信号采集模块、计算机和控制器;
所述便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机;
计算机,用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;具体包括:
接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;
离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,
具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
控制器,与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令,控制带手腕康复训练功能的手康复训练用装置中的旋转动力源、各个动力驱动源执行相应动作;
所述带手腕康复训练功能的手康复训练用装置包括至少一个两关节手指训练机构和手腕训练机构;
其中,每一个两关节手指训练机构包括通过手指近指端关节支架固定的动力驱动源,动力驱动源的推动杆与手指近指端关节驱动件连接以控制人手指后关节;
手指近指端关节支架,手指近指端关节驱动件通过手指近指端关节支架进行固定且手指近指端关节支架限定手指近指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,多连杆机构与手指远指端关节驱动件连接;
手指远指端关节支架,多连杆机构与手指远指端关节支架连接,手指远指端关节支架与手指近指端关节驱动件连接且手指远指端关节支架限定手指远指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节驱动件控制手指后关节后,同时带动手指远指端关节支架动作,通过多连杆机构带动手指远指端关节驱动件控制人手指的前关节;
手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作;
旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与手指近指端关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及两关节手指训练机构在设定角度范围内进行往复旋转;
分析运动想象意图指数的具体方法为:
对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;
对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;
采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。
2.根据权利要求1所述的一种手指康复训练用系统,其特征在于,所述计算机具有离线训练模块和在线康复训练模块;
所述离线训练模块,用于识别所述脑电信号,将所述脑电信号分为平静状态下脑电信号与运动想象状态下脑电信号,并将上述两种状态下脑电信号通过显示装置与携带者实现人机交互;
所述在线康复训练模块,用于当携带者的运动想象意图指数超过阈值时,向控制器发送命令。
3.根据权利要求1所述的一种手指康复训练用系统,其特征在于,所述便携式Emotiv脑电信号采集模块具有多个采集通道,所述多个采集通道同时获取携带者的脑电信号。
4.根据权利要求1所述的带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,所述带手腕康复训练功能的手康复训练用装置还包括拇指训练机构,拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作;手背贴合件与拇指关节支架固定。
5.根据权利要求1所述的带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,所述手指远指端关节驱动件的端部设有手指远指端关节捆绑固定件;
进一步地,所述手指远指端关节捆绑固定件为捆绑带,捆绑带的端部设有魔术贴;
进一步地,所述动力驱动源相对于水平线倾斜设置。
6.一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,包括:
带手腕康复训练功能的手康复训练用装置、便携式Emotiv脑电信号采集模块、计算机和控制器;
所述便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机;
计算机,用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;具体包括:
接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;
离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
控制器,与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令,控制带手腕康复训练功能的手康复训练用中的旋转动力源、各个动力驱动源执行相应动作;
所述带手腕康复训练功能的手康复训练用装置包括拇指训练机构和手腕训练机构;
包括拇指训练机构和手腕训练机构;
其中,拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;
手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作;
旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与拇指关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及手腕训练机构在设定角度范围内进行往复旋转;
或者,手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作,手背贴合件的两侧分别设有第一连接件;
设置于胳膊上方或者胳膊下方的手臂托,手臂托两侧分别设有第二连接件,每一第二连接件与一第一连接件铰接设置,在手背贴合件与手臂托之间设置直线伸缩机构,直线伸缩机构的推杆直线运动带动手背贴合件在设定角度范围内进行往复旋转;
分析运动想象意图指数的具体方法为:
对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;
对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;
采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。”
驳回决定具体指出:1、权利要求1请求保护一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,对比文件1公开了一种带有手腕模块的康复机器手,权利要求1与对比文件1相比,区别技术特征在于:(1)权利要求1基于脑电信号进行康复训练,具体地,其手康复训练用系统还包括便携式Emotiv脑电信号采集模块和计算机,其中便携式Emotiv脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机,计算机用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数,并且控制器根据所述运动想象意图指数发送命令,控制训练动作;并且权利要求1还限定了分析运动想象意图指数的具体方法,包括预处理、特征提取、分类的具体步骤,即包括结合了巴特沃斯滤波,本征模分量分解以及希尔伯特黄变换等具体的数据方法;以及接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;而对比文件1基于肌电信号进行手的康复训练;(2)权利要求1中手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,而对比文件1的图3中驱动马达13与本申请中的马达的位置不同,手指后关节支架11与马达13的支座一体构成,使得联动推杆组连接在支架11的中间段;(3)权利要求1中手腕训练机构使用旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,以通过旋转动力源旋转带动旋转。针对区别技术特征(1),对比文件2公开了技术特征:脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集,然后发送给计算机;计算机对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,并且发送命令,控制相应的控制器执行相应训练动作,并且上述技术特征在对比文件2中的作用与其在本申请中的作用相同,都是采用脑电信号提取患者的主观训练意愿完成康复训练,对比文件2给出了与对比文件1结合以进一步解决其技术问题的技术启示。并且对比文件3公开了通过和预定阈值比较来决定是否启动马达,在此基础上,本领域技术人员容易进一步从对比文件3中获得将上述计算得到的运动意图指数和预定阈值进行比较的技术启示。区别技术特征(1)中的其他部分特征属于本领域的常规技术手段。针对区别技术特征(2),对比文件 3中公开了相关技术内容并给出了结合启示。针对区别技术特征(3),这是本领域技术人员在对比文件1的基础上容易想到的。因此,在对比文件1的基础上结合对比文件2、对比文件3以及本领域惯用的技术手段得到该权利要求所请求保护的技术方案,对本领域的技术人员来说是显而易见的,权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。2、从属权利要求2-5的附加技术特征,或被对比文件1、2所公开,或属于本领域惯用的技术手段,在所引用的权利要求不具备创造性时,权利要求2-5不具备专利法第22条第3款规定的创造性。3、权利要求6请求保护一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,包括并列的技术方案,对于技术方案①(限定的特征为“手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作;旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与拇指关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及手腕训练机构在设定角度范围内进行往复旋转”),其与对比文件1相比,区别技术特征在于:(1)该技术方案基于脑电信号进行康复训练,具体地,其手康复训练用系统还包括便携式Emotiv脑电信号采集模块和计算机,其中便携式Emotiv脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机,计算机用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数,并且控制器根据所述运动想象意图指数发送命令,控制训练动作;此外权利要求6还限定了分析运动想象意图指数的具体方法,包括预处理、特征提取、分类的具体步骤,即包括结合了巴特沃斯滤波,本征模分量分解以及希尔伯特黄变换等具体的数据方法;以及接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;而对比文件1基于肌电信号进行手的康复训练。该区别技术特征部分被对比文件2-3公开,部分属于本领域惯用的技术手段,在对比文件1的基础上结合对比文件2、3以及本领域惯用的技术手段得到该权利要求所请求保护的技术方案①,对本领域的技术人员来说是显而易见的,权利要求6不具备专利法第22条第3款规定的创造性。对于技术方案②(限定的特征为“手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作,手背贴合件的两侧分别设有第一连接件;设置于胳膊上方或者胳膊下方的手臂托,手臂托两侧分别设有第二连接件,每一第二连接件与一第一连接件铰接设置,在手背贴合件与手臂托之间设置直线伸缩机构,直线伸缩机构的推杆直线运动带动手背贴合件在设定角度范围内进行往复旋转”),其与对比文件1相比,除了上述技术方案①与对比文件1之间的区别技术特征(1)外,还在于区别技术特征(2):手腕训练机构包括旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与拇指关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及手腕训练机构在设定角度范围内进行往复旋转。区别技术特征(2)是本领域技术人员在对比文件1的基础上容易想到的。在对比文件1的基础上结合对比文件2、3以及本领域惯用的技术手段得到该权利要求所请求保护的技术方案②,对本领域的技术人员来说是显而易见的,权利要求6不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人(下称复审请求人)对上述驳回决定不服,于2018年07月05日向国家知识产权局提出了复审请求,未修改申请文件。
复审请求人认为:1.对比文件1是基于肌电生物反馈信号进行康复训练,权利要求1是基于脑电信号进行康复训练。对比文件1各个手指的驱动装置位于各手指的同侧,本申请各个手指的驱动装置位于手腕一侧。基于脑电信号控制机械手以及将驱动装置设于手腕一侧是从康复训练装置整体上考虑所作出的改进。本申请采用旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与手指近指端关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及两关节手指训练机构在设定角度范围内进行往复旋转。2.对比文件1-3未公开便携式Emotiv脑电信号采集模块采集脑电信号,以无线方式发送给计算机,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型、分析运动想象意图指数的具体方法,没有公开判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数。3.通过实时显示脑电信号了解脑活动状态是常规手段,但是将这一手段应用到康复训练装置,并且由携带者观察自己的脑活动状态,以及不同脑活动状态对机械手各手指和手腕的控制效果,从而指导携带者后续的训练,这一应用不是本领域技术人员容易想到的。
经形式审查合格,国家知识产权局于2018年07月11日依法受理了该复审请求,并将其转送至原专利实质审查部门进行前置审查。
原专利实质审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后,国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年03月12日向复审请求人发出复审通知书,指出:1、权利要求1请求保护一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,对比文件1公开了一种带有手腕模块的康复机器手。权利要求1与对比文件1相比,区别技术特征在于:(1)权利要求1基于脑电信号进行康复训练,具体地,该手康复训练用系统包括便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,将脑电信号以无线方式发送给计算机;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别;接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练。(2)判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;控制器与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令;分析运动想象意图指数的具体方法为:对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。(3)手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接。对比文件2公开了区别技术特征(1)中的“脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别”,并且其在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是在对患者进行康复训练时,不依赖于肌肉活动,对脑电信号进行采集分析,与外界的直接交流进行康复训练。因此对比文件2给出了将上述区别技术特征应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。区别技术特征(1)中的其他部分属于本领域惯用的技术手段。区别技术特征(2)属于本领域惯用的技术手段。对比文件3公开了区别技术特征(3),并且其在对比文件3中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是为了减轻佩戴的负担,即对比文件3给出了将上述区别技术特征(3)应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。因此,在对比文件1的基础上结合对比文件2、对比文件3以及本领域惯用的技术手段得到权利要求1请求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,因而权利要求1请求保护的技术方案不具备专利法第22条第3款规定的创造性。2、从属权利要求2-5的附加技术特征,或被对比文件1、2所公开,或属于本领域惯用的技术手段,在所引用的权利要求不具备创造性时,权利要求2-5不具备专利法第22条第3款规定的创造性。3、权利要求6请求保护一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统。权利要求6与对比文件1相比,区别技术特征在于:(1)权利要求6基于脑电信号进行康复训练,具体地,该手康复训练用系统包括便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,将脑电信号以无线方式发送给计算机;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别;接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练。(2)判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;控制器与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令;分析运动想象意图指数的具体方法为:对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。(3)手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接。对比文件2公开了区别技术特征(1)中的“脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别”,并且其在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是在对患者进行康复训练时,不依赖于肌肉活动,对脑电信号进行采集分析,与外界的直接交流进行康复训练,因此对比文件2给出了将上述区别技术特征应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。区别技术特征(1)的其他部分属于本领域惯用的技术手段。区别技术特征(2)属于本领域惯用的技术手段。对比文件3公开了区别技术特征(3),并且其在对比文件3中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是为了减轻佩戴的负担,即对比文件3给出了将上述区别技术特征(3)应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。因此,在对比文件1的基础上结合对比文件2、对比文件3以及本领域惯用的技术手段得到权利要求6请求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,因而权利要求6请求保护的技术方案不具备专利法第22条第3款规定的创造性。4、合议组针对复审请求人的意见陈述进行了回应。
复审请求人于2019年04月26日提交了意见陈述书,并提交了权利要求书的全文修改替换页。修改涉及:1、将技术特征“拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作”加入原权利要求1中,形成新的权利要求1;2、将技术特征“拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作”加入原权利要求6中,删除原权利要求4,形成新的权利要求5,适应性调整了权利要求的序号;3、根据说明书第[0156]段, 将技术特征“在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作”加入新的权利要求1、5中。
复审请求人认为:
(1)修改后的独立权利要求1、5补入了说明书的技术特征,本申请基于脑电信号控制机械手以及将驱动装置设于手腕一侧是从康复训练装置整体上考虑所作出的改进,二者结合起来保证了更加贴合人体仿生学,并且,通过监测拇指驱动电机和支架的压力变化,保证了对于拇指的压力控制在一定幅度内,防止了驱动力度过大导致的二次伤害,能够提高康复训练的效果。尽管对比文件2给出了通过脑电信号控制机械手的方法,对比文件3公开了将多连杆机构连接在相对近侧的手指关节直接前端,但其公开的仅仅是割裂的技术手段。
(2)通过实时显示脑电信号了解脑活动状态是常规手段,但是将这一手段应用到康复训练装置,并且由携带者观察自己的脑活动状态,以及不同脑活动状态对机械手各手指和手腕的控制效果,从而指导携带者后续的训练,这一应用不是本领域技术人员容易想到的。本申请建立了平静状态和运动想象状态的识别模型,接收脑电信号后能够快速判断是否是运动想象状态的脑电信号,然后对该脑电信号进行实时显示,对比文件2和3均没有公开,也不能体现。
(3)对比文件仅仅能够得到“预处理-特征提取-分类和识别”这一主要流程,本申请基于脑电信号获取运动想象意图指数的方法结合了巴特沃斯滤波,本征模分量分解以及希尔伯特黄变换等具体的数据方法,算法的选用要综合所处理数据的特点以及算法本身的特点综合考虑,并且由于各步骤之间的先后逻辑,每个步骤选用的算法均需要考虑输入数据和输出数据的形式,基于不同文件给出的算法进行了拼凑,显然是不合理的。
复审请求人于2019年04月26日答复复审通知书时提交的权利要求书如下:
“1.一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,包括:
带手腕康复训练功能的手康复训练用装置、便携式Emotiv脑电信号采集模块、计算机和控制器;
所述便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机;
计算机,用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;具体包括:
接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;
离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,
具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
控制器,与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令,控制带手腕康复训练功能的手康复训练用装置中的旋转动力源、各个动力驱动源执行相应动作;
所述带手腕康复训练功能的手康复训练用装置包括至少一个两关节手指训练机构、手腕训练机构和拇指训练机构;
其中,每一个两关节手指训练机构包括通过手指近指端关节支架固定的动力驱动源,动力驱动源的推动杆与手指近指端关节驱动件连接以控制人手指后关节;
手指近指端关节支架,手指近指端关节驱动件通过手指近指端关节支架进行固定且手指近指端关节支架限定手指近指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接,多连杆机构与手指远指端关节驱动件连接;
手指远指端关节支架,多连杆机构与手指远指端关节支架连接,手指远指端关节支架与手指近指端关节驱动件连接且手指远指端关节支架限定手指远指端关节驱动件的移动路径,手指近指端关节驱动件控制手指后关节后,同时带动手指远指端关节支架动作,通过多连杆机构带动手指远指端关节驱动件控制人手指的前关节;
手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作;
拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作;
拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作;
旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与手指近指端关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及两关节手指训练机构在设定角度范围内进行往复旋转;
分析运动想象意图指数的具体方法为:
对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;
对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;
采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。
2.根据权利要求1所述的一种手指康复训练用系统,其特征在于,所述计算机具有离线训练模块和在线康复训练模块;
所述离线训练模块,用于识别所述脑电信号,将所述脑电信号分为平静状态下脑电信号与运动想象状态下脑电信号,并将上述两种状态下脑电信号通过显示装置与携带者实现人机交互;
所述在线康复训练模块,用于当携带者的运动想象意图指数超过阈值时,向控制器发送命令。
3.根据权利要求1所述的一种手指康复训练用系统,其特征在于,所述便携式Emotiv脑电信号采集模块具有多个采集通道,所述多个采集通道同时获取携带者的脑电信号。
4.根据权利要求1所述的带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,所述手指远指端关节驱动件的端部设有手指远指端关节捆绑固定件;
进一步地,所述手指远指端关节捆绑固定件为捆绑带,捆绑带的端部设有魔术贴;
进一步地,所述动力驱动源相对于水平线倾斜设置。
5.一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,其特征在于,包括:
带手腕康复训练功能的手康复训练用装置、便携式Emotiv脑电信号采集模块、计算机和控制器;
所述便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,然后以无线方式发送给计算机;
计算机,用于实时显示所述脑电信号,对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别,判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;具体包括:
接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;
离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
控制器,与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令,控制带手腕康复训练功能的手康复训练用中的旋转动力源、各个动力驱动源执行相应动作;
所述带手腕康复训练功能的手康复训练用装置包括拇指训练机构和手腕训练机构;
包括拇指训练机构和手腕训练机构;
其中,拇指训练机构包括通过拇指关节支架固定的拇指动力驱动源,拇指动力驱动源的推动杆与拇指关节驱动件连接以控制人拇指关节;在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作;
拇指关节支架,拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定且拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径,拇指关节驱动件控制拇指关节,可以带动拇指关节向上或者向下的动作;
手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作;
旋转动力源,旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接,手背贴合件与拇指关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及手腕训练机构在设定角度范围内进行往复旋转;
或者,手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作,手背贴合件的两侧分别设有第一连接件;
设置于胳膊上方或者胳膊下方的手臂托,手臂托两侧分别设有第二连接件,每一第二连接件与一第一连接件铰接设置,在手背贴合件与手臂托之间设置直线伸缩机构,直线伸缩机构的推杆直线运动带动手背贴合件在设定角度范围内进行往复旋转;
分析运动想象意图指数的具体方法为:
对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;
对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;
采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数。”
在上述程序的基础上,合议组认为本案事实已经清楚,可以作出审查决定。
二、决定的理由
(一)审查文本的认定
复审请求人于2019年04月26日答复复审通知书时提交了权利要求书的全文修改替换页。经查,所做修改符合专利法第33条的规定。本复审请求审查决定针对的文本是:2019年04月26日提交的权利要求第1-5项;申请日2017年07月26日提交的说明书第1-18页、说明书附图第1-10页、说明书摘要、摘要附图。
(二)关于专利法第22条第3款规定的创造性
专利法第22条第3款规定:创造性,是指与现有技术相比,该发明具有突出的实质性特点和显著的进步,该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征,其中部分区别技术特征被其他对比文件公开,且其在其他对比文件中的作用与在本申请中相同,另外部分区别技术特征属于本领域惯用的技术手段,那么该项权利要求的技术方案是显而易见的,不具备创造性。
具体到本案:
1、权利要求1请求保护一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,对比文件1公开了一种带有手腕模块的康复机器手,并且公开了如下技术特征(参见说明书第[0028]-[0042]段,附图1-5):包括控制中心(相当于控制器);该康复机器手通过控制中心数据处理与分析,实现准确获取患者有意向运动的信号,通过驱动马达实现四指、拇指、手腕三大模块部分或整体训练(即该康复机器手相当于一种带手腕康复训练功能的手康复训练用装置);手腕驱动机构的驱动马达33(驱动马达33为手腕驱动机构旋转提供动力,相当于旋转动力源)与连杆一35轴连接在连杆一35中间位置;整体可摆动幅度为0-90度(相当于控制器发送命令,控制带手腕康复训练功能的手康复训练用装置中的旋转动力源、各个动力驱动源执行相应动作);
该康复机器手包括四指驱动机构2(相当于至少一个两关节手指训练机构)和手腕驱动机构1(相当于手腕训练机构),实现手指前关节传动件17、手指后关节传动件12半弧形运动;
四指驱动机构2的每一个包括通过手指后关节支架11(相当于手指近指端关节支架)固定的驱动马达13(即动力驱动源),驱动马达13推动手指后关节传动件12(即手指近指端关节驱动件)向前运动;
手指后关节支架11(相当于手指近指端关节支架),手指后关节支架11呈双弧镂空通过轴承与手指后关节传动件12(相当于手指近指端关节驱动件)铰接,实现手指后关节传动件12半弧形运动(相当于手指近指端关节支架限定手指近指端关节驱动件的移动路径);
联动推杆组中的推杆三19与手指前关节传动件17连接(参见附图3,相当于多连杆机构与手指远指端关节驱动件连接);
手指前关节支架16(相当于手指远指端关节支架),附图3示出,联动推杆组中的推杆二15的中部在与手指前关节支架16重合的部位存在椭圆形区域(相当于多连杆机构与手指远指端关节支架连接),手指前关节支架16与手指后关节传动件12(相当于手指近指端关节驱动件)连接(相当于手指远指端关节支架与手指近指端关节驱动件连接);驱动马达13推动手指后关节传动件12向前运动,联动推杆组中推杆一14带动推杆二15,推杆二15带动推杆三19,推杆三19与手指前关节传动件17(相当于手指远指端关节驱动件)通过轴连接在一起(相当于手指远指端关节支架限定手指远指端关节驱动件的移动路径),通过联动效应达到手指前关节传动件17和手指后关节传动件12向前伸(相当于手指近指端关节驱动件控制手指后关节后,同时带动手指远指端关节支架动作,通过多连杆机构带动手指远指端关节驱动件控制人手指的前关节);
附图2示出,手腕训练机构1包括佩戴在患者手上的手背贴合件,手背贴合件覆盖手背和/或手背两侧;手背贴合件上分别连接拇指驱动机构、四指驱动机构和手腕驱动机构(相当于手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作);
结合附图1,4,其康复机器手包括拇指驱动机构3(相当于拇指训练机构),拇指驱动机构3包括通过拇指关节支架21固定的驱动马达23(相当于拇指动力驱动源),驱动马达23的推动杆与拇指关节传动件22(即拇指关节驱动件)连接以控制人拇指关节;拇指关节支架21,且拇指关节支架21和拇指关节传动件22呈双弧线镂空通过轴承铰接,实现拇指关节传动件22半弧形运动(相当于拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定,拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径),拇指关节传动件22控制拇指关节,可以带动拇指关节前、上、下捉获和屈伸功能(相当于能够进行向上或者向下的动作);
附图5示出,驱动马达33为手撑内外托38、39旋转提供动力(相当于旋转动力源);手撑内外托38、39之间的剖面部分为手背贴合件;驱动马达33通过连杆35、36、37与手撑内外托38、39以及手背贴合件连接(相当于旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接),并结合手腕旋转前固定件310和手腕旋转后固定件311的协作,带动手撑内外托38、39及四指驱动机构2旋转,整体摆动幅度为0-90度(相当于手背贴合件与手指近指端关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及两关节手指训练机构在设定角度范围内进行往复旋转)。
权利要求1与对比文件1相比,区别技术特征在于:
(1)权利要求1基于脑电信号进行康复训练,具体地,该手康复训练用系统包括便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,将脑电信号以无线方式发送给计算机;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别;接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练。
(2)判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;控制器与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令;分析运动想象意图指数的具体方法为:对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数;在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作。
(3)手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接。
基于上述区别技术特征,本申请实际所要解决的技术问题是确定一种基于脑电信号的运动想象意图指数,通过对该意图指数的阈值判断,进行手的康复训练以及减轻佩戴的负担。
对于区别技术特征(1),对比文件2公开了一种利用想象运动脑电波产生康复训练器械控制命令的方法,具体公开(参见权利要求1):步骤1 将三个脑电电极放置在头顶中央与运动感觉皮层对应的位置,左中右各一个,相隔5-7厘米,分别对应右手、脚和左手相应的皮层;步骤2用通用的脑电信号采集与模数转换装置实时地记录受试者的脑电信号并送入计算机(相当于脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集);步骤3 由计算机中的脑电特征提取程序(参见附图5及步骤31-36)进行实时处理,获得脑电能量值,并选择变化差值最大的电极,从而确定受试者是想象运动左手、右手还是脚(分类和识别),产生训练器械的控制命令(相当于计算机对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别)。
可见,对比文件2公开了区别技术特征(1)中的“脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别”,并且其在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是在对患者进行康复训练时,不依赖于肌肉活动,对脑电信号进行采集分析,与外界的直接交流进行康复训练。因此对比文件2给出了将上述区别技术特征应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。
而便携式Emotiv脑电信号采集模块为本领域常用的脑电信号采集模块,无线传输也是常用的信号传输方式,因而将便携式Emotiv脑电信号采集模块采集的信号无线传输给计算机并由计算机实时显示所述脑电信号,属于本领域为方便携带者与计算机的交互所惯用的技术手段。
对比文件2已经公开基于脑电信号进行康复训练,本领域技术人员熟知,脑电信号通常可以分为平静状态、运动想象状态,对于脑电信号进行建模分析,通常会采用时域和频域分析,例如在不同的状态下采样20秒或30秒的脑电信号,通过比对建立不同状态下的识别模型,根据该模型再对采集的脑电信号进行识别,从而能够区分不同的脑电信号处于什么状态,这属于常规的识别方式。为了让携带者正确了解并调整自己的脑活动状态,本领域技术人员容易想到在对比文件2的基础上进一步设置离线训练模型和在线训练模型,根据该离线训练模型,携带者可以与计算机交互反馈,并训练自己的脑活动状态,以适时启动康复训练。由于平静状态和运动想象状态下所呈现的脑电信号有所差异,因此需要对脑电信号进行准确识别,防止误把运动想象状态的信号当作平静状态的信号或者把平静状态的脑电信号当作运动想象状态的信号,由此本领域技术人员容易想到预先采取规定时间的这两种状态下的信号用作参照,例如平静状态下采集20秒、运动想象状态下采集30秒,然后将再次采集的信号与预先的参照进行比对,从而识别携带者处于哪种状态,并选择在脑活动状态达到预定的程度时进行在线康复训练。
对于区别技术特征(2),对比文件3公开(参见说明书第[0066],[0087]段):从肢体患肌得到的EMG信号对应于用户的意图且能够控制设备10所提供的辅助运动;如果EMG水平高于阈值,则马达启动(87)并完成预设轨迹。可见对比文件3公开了通过比较EMG水平和预定阈值来决定是否启动康复训练。在此基础上,本领域技术人员容易想到还可以设置其他指数进行阈值判断,例如分析运动想象意图指数,通过阈值的比较来决定是否启动康复训练。对于分析运动想象意图指数的具体方法,在对比文件2已给出基于脑电信号进行康复训练的技术启示下,本领域技术人员容易想到直接对采集到的脑电信号进行滤波、特征提取,获得可以进行阈值判断的指数,进而启动康复训练。而对脑电信号的特征提取以及分类计算属于本领域常规的数据处理方法,具体来说,采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理、去噪、特征提取、分解、分类函数计算等方式进行数据处理,进而得到携带者运动想象意图指数,是本领域技术人员根据需要,采用常规的数据处理手段计算得出的,因而分析运动想象意图指数的具体方法属于本领域惯用的技术手段。对比文件3还公开(参见说明书第[0072],[0083]段):第二传感器26固定到近位跟随组件13上用来同时从掌指关节和近指关节二者上获取力反馈信号;如果手指的力反馈大于打开阈值,相应的马达停止。可见对比文件3已经公开了通过压力传感器的反馈值与预设值的比较,控制每个手指的马达停止,在此基础上,本领域技术人员可以根据需要将压力传感器贴板设置在拇指关节支架与拇指驱动电机之间,并在压力传感器贴板上设置摆动触压件用于压力检测,根据压力比较的结果控制驱动电机,因而技术特征“在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作”是本领域技术人员在对比文件3的基础上容易想到的。可见区别技术特征(2)属于本领域惯用的技术手段。
对于区别技术特征(3),对比文件3公开一种训练用户移动手的康复系统,具体公开(参见说明书第[0067]-[0069]段、附图1,6,12):马达后支柱11将手指组件71的马达连接到平台24上(相当于手指近指端关节支架);每个马达12连接到MCP关节的近位跟随组件13上,并且其具有可调连杆15和连接组件120(相当于多连杆机构);附图1、6、12示出,可调连杆15连接到平台24以及近位导轨14的前侧上。对比文件3中马达与近位导轨14和中间导轨17的相对位置关系与本申请中动力驱动源与手指近指端关节支架和手指远指端关节支架的相对位置关系相同,可见对比文件3公开了区别技术特征(3),并且其在对比文件3中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是为了减轻佩戴的负担。因此对比文件3给出了将上述区别技术特征(3)应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。
综上,在对比文件1的基础上结合对比文件2、对比文件3以及本领域惯用的技术手段得到权利要求1请求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,因此权利要求1请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步,不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2、权利要求2对所引用的权利要求1进一步限定。对比文件2已经公开(参见说明书权利要求1):步骤2用通用的脑电信号采集与模数转换装置实时地记录受试者的脑电信号并送入计算机;步骤3由计算机中的脑电特征提取程序进行以下实时处理,产生训练器械的控制命令。可见对比文件2已经公开了对脑电信号送入计算机进行特征提取,而计算机具有离线训练模块和在线康复训练模块,识别平静状态、运动想象状态的脑电信号通过显示装置与携带者实现人机交互,属于常规的数据处理方式;而当携带者的运动想象意图指数超过阈值时,表明此时确实有运动意图,此时向控制器发送命令,进行康复训练,这是本领域技术人员容易想到的。在所引用的权利要求1不具有创造性时,权利要求2也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、权利要求3对所引用的权利要求1进一步限定。对比文件2公开(参见说明书第2页第2段至最后1段,附图1-3):设置多个脑电电极从而形成多个采集通道同时获得脑电信号(相当于采集模块具有多个采集通道,所述多个采集通道同时获取携带者的脑电信号)。将多个采集通道用于便携式Emotiv脑电信号采集模块,是本领域的常规应用方式。在所引用的权利要求1不具有创造性时,权利要求3也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
4、权利要求4对所引用的权利要求1进一步限定。对比文件1公开(参见说明书第[0023]-[0037]段,图1-5):其康复机器手的手指远指端关节驱动件的端部设有手指远指端关节捆绑固定件18、25;驱动马达相对于水平线倾斜设置。而将手指远指端关节捆绑固定件设为捆绑带,在捆绑带的端部设置魔术贴,这是本领域用于加强训练器与手指的相互固定的常规手段。在所引用的权利要求1不具有创造性时,权利要求4不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
5、权利要求5请求保护一种带手腕康复训练功能的手康复训练用系统,对比文件1公开了一种带有手腕模块的康复机器手,并且公开了如下技术特征(参见说明书第[0028]-[0042]段,附图1-5):包括控制中心(相当于控制器);该康复机器手通过控制中心数据处理与分析,实现准确获取患者有意向运动的信号,通过驱动马达实现四指、拇指、手腕三大模块部分或整体训练(即该康复机器手相当于一种带手腕康复训练功能的手康复训练用装置);手腕驱动机构的驱动马达33(驱动马达33为手腕驱动机构旋转提供动力,相当于旋转动力源)与连杆一35轴连接在连杆一35中间位置;整体可摆动幅度为0-90度(相当于控制器发送命令,控制带手腕康复训练功能的手康复训练用装置中的旋转动力源、各个动力驱动源执行相应动作);
拇指驱动机构2和手腕驱动机构1;实现拇指关节传动件22半弧形运动(相当于带手腕康复训练功能的手康复训练用装置包括拇指训练机构和手腕训练机构);
结合附图1,4,其康复机器手包括拇指驱动机构3(相当于拇指训练机构),拇指驱动机构3包括通过拇指关节支架21固定的驱动马达23(相当于拇指动力驱动源),驱动马达23的推动杆与拇指关节传动件22(即拇指关节驱动件)连接以控制人拇指关节;拇指关节支架21,且拇指关节支架21和拇指关节传动件22呈双弧线镂空通过轴承铰接,实现拇指关节传动件22半弧形运动(相当于拇指关节驱动件通过拇指关节支架进行固定,拇指关节支架限定拇指关节驱动件的移动路径),拇指关节传动件22控制拇指关节,可以带动拇指关节前、上、下捉获和屈伸功能(相当于能够进行向上或者向下的动作);
附图2示出,手腕训练机构1包括佩戴在患者手上的手背贴合件,手背贴合件覆盖手背和/或手背两侧;手背贴合件上分别连接拇指驱动机构、四指驱动机构和手腕驱动机构(相当于手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作);
附图2,5示出,驱动马达33为手撑内外托38、39旋转提供动力(相当于旋转动力源);手撑内外托38、39之间的剖面部分为手背贴合件;驱动马达33通过连杆35、36、37与手撑内外托38、39以及手背贴合件连接(相当于旋转动力源通过第一连接件与手背贴合件连接),并结合手腕旋转前固定件310和手腕旋转后固定件311的协作,带动手撑内外托38、39及拇指驱动机构3旋转,整体摆动幅度为0-90度(相当于手背贴合件与拇指关节支架固定以通过旋转动力源旋转带动旋转以带动手背贴合件及手腕训练机构在设定角度范围内进行往复旋转)。
此外,对比文件1还公开另外一种手腕训练机构的连接件结构(参见附图2):可以佩戴在患者手上的手背贴合件(附图2中连接拇指驱动机构3、四指驱动机构2的“门”形板件),手背贴合件上分别连接拇指驱动机构3、四指驱动机构2和手腕驱动机构1(相当于手腕训练机构包括手背贴合件,手背贴合件与人的手背和/或手背两侧进行贴合以使手背贴合件与人的手部连带动作);附图2还示出,手背贴合件的两侧分别设有第一连接件;手腕驱动机构包括手臂托(相当于设置于胳膊上方或者胳膊下方的手臂托);手臂托两侧分别设有第二连接件,每一第二连接件与一第一连接件铰接设置;附图5示出,驱动马达33与连杆一35轴连接在连杆一35中间位置,手掌外托38与手掌内托39为固定相连,整体可摆动幅度为0-90度(相当于在手背贴合件与手臂托之间设置直线伸缩机构,直线伸缩机构的推杆直线运动带动手背贴合件在设定角度范围内进行往复旋转)。
权利要求5与对比文件1相比,区别技术特征在于:
(1)权利要求5基于脑电信号进行康复训练,具体地,该手康复训练用系统包括便携式Emotiv脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集,将脑电信号以无线方式发送给计算机;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别;接收携带者的脑电信号,根据所述脑电信号建立离线训练模型和在线康复训练模型;离线训练模型是为了实现携带者与计算机的交互和反馈,调整自己的脑活动状态,具体方法是:采集携带者平静状态下的脑电信号20秒,采集携带者进行运动想象状态下的脑电信号30秒,比对上述脑电信号,建立区分两种状态的识别模型;然后再次提取携带者的脑电信号,根据识别模型就可以识别携带者在运动想象状态下的脑电信号,这时可以采用时域和频域多方面显示携带者脑活动状态,使得携带者了解自己的脑活动状态是否最佳,当脑活动状态达到预定的程度时,进行在线康复训练;
(2)判断携带者是否具有超过设定阈值的运动想象意图指数;控制器与计算机相连,根据所述运动想象意图指数,发送命令;分析运动想象意图指数的具体方法为:对脑电信号采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理,获取与运动想象状态相关的频带信息,滤除其它噪声;对去噪后的脑电信号,基于经验模式分解理论,采用特征提取函数,依据脑电信号自身具有的时间尺度特征进行自适应分解,得到一系列本征模分量,对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换,求取能量均值作为特征,得到初始特征数组;采用线性分类函数,对特征数组实时计算分类函数值,获得携带者运动想象意图指数;在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作。
(3)手指近指端关节支架的前侧与多连杆机构连接。
基于上述区别技术特征,本申请实际所要解决的技术问题是确定一种基于脑电信号的运动想象意图指数,通过对该意图指数的阈值判断,进行手的康复训练以及减轻佩戴的负担。
对于区别技术特征(1),对比文件2公开了一种利用想象运动脑电波产生康复训练器械控制命令的方法,具体公开(参见权利要求1):步骤1 将三个脑电电极放置在头顶中央与运动感觉皮层对应的位置,左中右各一个,相隔5-7厘米,分别对应右手、脚和左手相应的皮层;步骤2 用通用的脑电信号采集与模数转换装置实时地记录受试者的脑电信号并送入计算机(相当于脑电信号采集模块实现携带者脑电信号的采集);步骤3 由计算机中的脑电特征提取程序(参见附图5及步骤31-36)进行实时处理,获得脑电能量值,并选择变化差值最大的电极,从而确定受试者是想象运动左手、右手还是脚(分类和识别),产生训练器械的控制命令(相当于计算机对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别)。
可见对比文件2公开了区别技术特征(1)中的“脑电信号采集模块,用于实现携带者脑电信号的采集;计算机用于实时显示所述脑电信号,并对脑电信号进行预处理、特征提取、分类和识别”,并且其在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是在对患者进行康复训练时,不依赖于肌肉活动,对脑电信号进行采集分析,与外界的直接交流进行康复训练。因此对比文件2给出了将上述区别技术特征应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。
而便携式Emotiv脑电信号采集模块为本领域常用的脑电信号采集模块,无线传输也是常用的信号传输方式,因而将便携式Emotiv脑电信号采集模块采集的信号无线传输给计算机并由计算机实时显示所述脑电信号,属于本领域为方便携带者与计算机的交互所惯用的技术手段。
对比文件2已经公开基于脑电信号进行康复训练,本领域技术人员熟知,脑电信号通常可以分为平静状态、运动想象状态,对于脑电信号进行建模分析,通常会采用时域和频域分析,例如在不同的状态下采样20秒或30秒的脑电信号,通过比对建立不同状态下的识别模型,根据该模型再对采集的脑电信号进行识别,从而能够区分不同的脑电信号处于什么状态,这属于常规的识别方式。为了让携带者正确了解并调整自己的脑活动状态,本领域技术人员容易想到在对比文件2的基础上进一步设置离线训练模型和在线训练模型,根据该离线训练模型,携带者可以与计算机交互反馈,并训练自己的脑活动状态,以适时启动康复训练。由于平静状态和运动想象状态下所呈现的脑电信号有所差异,因此需要对脑电信号进行准确识别,防止误把运动想象状态的信号当作平静状态的信号或者把平静状态的脑电信号当作运动想象状态的信号,由此本领域技术人员容易想到预先采取规定时间的这两种状态下的信号用作参照,例如平静状态下采集20秒、运动想象状态下采集30秒,然后将再次采集的信号与预先的参照进行比对,从而识别携带者处于哪种状态,并选择在脑活动状态达到预定的程度时进行在线康复训练。
对于区别技术特征(2),对比文件3公开(参见说明书第[0066],[0087]段):从肢体患肌得到的EMG信号对应于用户的意图且能够控制设备10所提供的辅助运动;如果EMG水平高于阈值,则马达启动(87)并完成预设轨迹。可见对比文件3公开了通过比较EMG水平和预定阈值来决定是否启动康复训练。在此基础上,本领域技术人员容易想到还可以设置其他指数进行阈值判断,例如分析运动想象意图指数,通过阈值的比较来决定是否启动康复训练。对于分析运动想象意图指数的具体方法,在对比文件2已给出基于脑电信号进行康复训练的技术启示下,本领域技术人员容易想到直接对采集到的脑电信号进行滤波、特征提取,获得可以进行阈值判断的指数,进而启动康复训练。而对脑电信号的特征提取以及分类计算属于本领域常规的数据处理方法,具体来说,采用二阶巴特沃斯滤波器进行带通滤波预处理、去噪、特征提取、分解、分类函数计算等方式进行数据处理,进而得到携带者运动想象意图指数,是本领域技术人员根据需要,采用常规的数据处理手段计算得出的,因而分析运动想象意图指数的具体方法属于本领域惯用的技术手段。对比文件3还公开(参见说明书第[0072],[0083]段):第二传感器26固定到近位跟随组件13上用来同时从掌指关节和近指关节二者上获取力反馈信号;如果手指的力反馈大于打开阈值,相应的马达停止。可见对比文件3已经公开了通过压力传感器的反馈值与预设值的比较,控制每个手指的马达停止,在此基础上,本领域技术人员可以根据需要将压力传感器贴板设置在拇指关节支架与拇指驱动电机之间,并在压力传感器贴板上设置摆动触压件用于压力检测,根据压力比较的结果控制驱动电机,因而技术特征“在拇指关节支架与拇指驱动电机之间设置有压力传感器贴板,在压力传感器贴板上设置摆动触压件,摆动触压件与控制器连接,当摆动触压件检测到压力大于设定值时,控制器控制拇指驱动电机停止动作”是本领域技术人员在对比文件3的基础上容易想到的。可见区别技术特征(2)属于本领域惯用的技术手段。
对于区别技术特征(3),对比文件3公开一种训练用户移动手的康复系统,具体公开(参见说明书第[0067]-[0069]段、附图1,6,12):马达后支柱11将手指组件71的马达连接到平台24上(相当于手指近指端关节支架);每个马达12连接到MCP关节的近位跟随组件13上,并且其具有可调连杆15和连接组件120(相当于多连杆机构);附图1、6、12示出,可调连杆15连接到平台24以及近位导轨14的前侧上。对比文件3中马达与近位导轨14和中间导轨17的相对位置关系与本申请中动力驱动源与手指近指端关节支架和手指远指端关节支架的相对位置关系相同,可见对比文件3公开了区别技术特征(3),并且其在对比文件3中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,都是为了减轻佩戴的负担。因此对比文件3给出了将上述区别技术特征(3)应用到对比文件1中以进一步解决其技术问题的启示。
综上,在对比文件1的基础上结合对比文件2、对比文件3以及本领域惯用的技术手段得到权利要求5请求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,因此权利要求5请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步,不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
(三)对复审请求人相关意见的评述
对于复审请求人的意见陈述,合议组认为:
(1)、对于补入的特征,对比文件3公开(参见说明书第[0072],[0083]段):第二传感器26固定到近位跟随组件13上用来同时从掌指关节和近指关节二者上获取力反馈信号;如果手指的力反馈大于打开阈值,相应的马达停止。可见对比文件3已经公开了通过压力传感器的反馈值与预设值的比较,控制每个手指的马达停止,在此基础上,本领域技术人员可以根据需要将压力传感器贴板设置在拇指关节支架与拇指驱动电机之间,并在压力传感器贴板上设置摆动触压件用于压力检测。对比文件3中的压力传感器也是用于获取力反馈信号,并且在手指的移动过程中检测力反馈,识别最大手打开位置和最大手闭合位置,当手指的力反馈大于打开阈值时,即最大打开位置,相应的马达停止。对比文件3已经意识到康复训练时马达驱动力度过大而导致伤害的问题,并且通过设置压力传感器获取驱动过程中压力反馈信号,由此避免了驱动力度过大导致的二次伤害,从而也提高康复训练的效果,本领域技术人员容易从对比文件3中获得设置合适的压力传感器检测驱动电机和支架压力变化的技术启示。对比文件2公开了一种利用想象运动脑电波产生康复训练器械控制命令的方法,对比文件3公开了一种训练用户移动手的康复系统,与本申请属于相同的技术领域,均涉及对肢体的康复训练,本领域技术人员易于获知对比文件2-3的技术手段并从中获取解决技术问题的启示。对比文件2-3还分别公开了相应的区别技术特征,并且其在对比文件2-3中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同,因而本领域技术人员在面临本申请所要解决的技术问题时,有动机应用该区别技术特征到对比文件1中以改进对比文件1的技术方案,因而对比文件2-3与对比文件1并非割裂的,而是具有结合的启示。
(2)对比文件2已经公开了对脑电信号送入计算机进行特征提取,而计算机通常具有显示装置,可以与携带者实现人机交互,通常也用于采集信号进行处理,并用于显示信号的状态以及处理的结果,因而通过计算机实时显示脑电信号以及脑活动状态,从而指导后续训练,这是本领域技术人员容易想到的。
(3)权利要求1中记载了巴特沃斯滤波、本征模分量、对每个本征模分量进行希尔伯特黄变换等滤波变换方式,但是这些变换方式属于本领域常用的变换方式,本领域技术人员熟知这些变换方式的特点和适用范围,根据需要选用这些变换方式,属于本领域惯用的技术手段。
基于以上事实和理由,合议组作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年05月02日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。


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