情景交互式康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展和人口老齡化，有肢體運(yùn)動(dòng)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(huì)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)解決康復(fù)醫(yī)療的供需矛盾，康復(fù)醫(yī)療已成為國(guó)際關(guān)注的重要問題，而康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)的研究已成為康復(fù)醫(yī)學(xué)工程與機(jī)器人領(lǐng)域跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)。
　　康復(fù)醫(yī)學(xué)的最新研究成果表明大腦具有可塑性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)機(jī)制，充分的運(yùn)動(dòng)、感知刺激和患者積極主動(dòng)的響應(yīng)是激發(fā)這種機(jī)制的有效前提，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的臨床應(yīng)用也表明患者康復(fù)訓(xùn)練的效果與

2、其在康復(fù)訓(xùn)練過程中的主動(dòng)性與積極性聯(lián)系密切。
　　本課題在研究和分析現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，研究基于虛擬場(chǎng)景交互的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)，在機(jī)器人輔助下肢康復(fù)訓(xùn)練過程中引入生動(dòng)的、多感知的交互式虛擬場(chǎng)景，開展情景交互式康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)中的信息檢測(cè)、機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制、虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)與人機(jī)交互等技術(shù)研究，完成情景交互式康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下:
　　設(shè)計(jì)了情景交互式康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，主要

3、由下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人、情景交互子系統(tǒng)、視覺信息采集模塊、下位機(jī)系統(tǒng)及無線通信連接組成。
　　在分析人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其擬步態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡可以幫助患者完成下肢多關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，情景交互子系統(tǒng)和下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人通過無線通信連接交換信息，完成了下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)與場(chǎng)景

4、交互，同時(shí)結(jié)合3D Studio Max軟件，先后采用基于OpenGL函數(shù)庫(kù)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(chǎng)景，設(shè)計(jì)了虛擬人物與患者間的步態(tài)同步控制算法，實(shí)現(xiàn)了康復(fù)訓(xùn)練過程中的同步交互。
　　最后，在所設(shè)計(jì)的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人和產(chǎn)品化康復(fù)機(jī)器人上完成了軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)合理，安全、穩(wěn)定，情景交互子系統(tǒng)能夠滿足康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人情景交互的需要，步態(tài)同步控制算法有效，人機(jī)交