情景交互式康復訓練機器人技術研究與系統(tǒng)設計.pdf

1、近年來，隨著醫(yī)學技術發(fā)展和人口老齡化，有肢體運動功能障礙的患者逐年增加，為了幫助這些患者，減輕患者家庭和社會的負擔，同時解決康復醫(yī)療的供需矛盾，康復醫(yī)療已成為國際關注的重要問題，而康復訓練機器人技術的研究已成為康復醫(yī)學工程與機器人領域跨學科的研究熱點。
　　康復醫(yī)學的最新研究成果表明大腦具有可塑性和神經(jīng)網(wǎng)絡重構機制，充分的運動、感知刺激和患者積極主動的響應是激發(fā)這種機制的有效前提，康復訓練機器人的臨床應用也表明患者康復訓練的效果與

2、其在康復訓練過程中的主動性與積極性聯(lián)系密切。
　　本課題在研究和分析現(xiàn)有技術的基礎上，將虛擬現(xiàn)實技術、機器人技術相結合，研究基于虛擬場景交互的下肢康復訓練機器人技術，在機器人輔助下肢康復訓練過程中引入生動的、多感知的交互式虛擬場景，開展情景交互式康復訓練機器人系統(tǒng)中的信息檢測、機器人設計與控制、虛擬場景設計與人機交互等技術研究，完成情景交互式康復訓練機器人系統(tǒng)設計，具體內(nèi)容如下:
　　設計了情景交互式康復訓練機器人系統(tǒng)，主要

3、由下肢康復訓練機器人、情景交互子系統(tǒng)、視覺信息采集模塊、下位機系統(tǒng)及無線通信連接組成。
　　在分析人體步態(tài)運動的基礎上，設計了一種下肢康復訓練機器人，其擬步態(tài)運動軌跡可以幫助患者完成下肢多關節(jié)的協(xié)調(diào)運動訓練，情景交互子系統(tǒng)和下肢康復訓練機器人通過無線通信連接交換信息，完成了下肢康復訓練機器人的控制和力反饋輸出。
　　情景交互子系統(tǒng)利用Kinect攝像頭捕獲人體運動信息，將患者的體感信息作為系統(tǒng)輸入控制虛擬人物的同步運動與場景

4、交互，同時結合3D Studio Max軟件，先后采用基于OpenGL函數(shù)庫和基于Unity3D游戲引擎的方法開發(fā)了用于情景交互的虛擬場景，設計了虛擬人物與患者間的步態(tài)同步控制算法，實現(xiàn)了康復訓練過程中的同步交互。
　　最后，在所設計的下肢康復訓練機器人和產(chǎn)品化康復機器人上完成了軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測試。實驗結果表明下肢康復訓練機器人設計合理，安全、穩(wěn)定，情景交互子系統(tǒng)能夠滿足康復訓練機器人情景交互的需要，步態(tài)同步控制算法有效，人機交