智能上肢康复训练系统研究与设计

发布时间：2023-02-26 00:22

　　肩部、肘部等上肢相关疾病的发病率日渐增高,上肢偏瘫、肩周炎、肩部骨折、高尔夫肘等疾病严重影响人民健康和生活质量,人们对于科学的上肢康复训练的需求也越来越高。上肢康复训练主要分为被动康复和主动康复两种方式。被动康复,指通过外力牵引活动患者的上肢达到康复训练目的,有助于患者恢复上肢机能。主动康复,指患者自身发力对抗重力或者适当的阻力来达到康复目的。对于术后后期康复,以及颈椎病、肩周炎等疾病,主动康复都能达到比较好的康复效果。患者自行进行主动、被动康复训练往往存在动作不规范,效果难以评价等问题。因此,本文设计的智能上肢康复训练系统分为被动和主动两部分。对于被动康复部分,本文对已设计的五自由度上肢康复机械臂进行运动学分析,结合人体上肢结构和康复需求,设计了一套完整的运动控制方案并在Matlab和V-rep中进行仿真与验证。对于主动康复部分,本文利用OpenPose进行二维人体姿态识别,并研究通过三维重建技术重建三维人体模型,接着将动态时间规整算法和随机抽样一致性算法用于动作流比对中,以评价主动训练动作的标准程度。最后设计了一款基于虚拟交互的软件用以指导、评价和记录患者主动康复训练。五自由度上肢...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 智能被动康复训练
        1.2.2 主动康复训练
    1.3 现阶段存在问题
    1.4 本文主要工作
第二章 五自由度机械臂运动控制分析与仿真
    2.1 五自由度机械臂机械结构
    2.2 机械臂运动学建模
        2.2.1 坐标系的建立方法
        2.2.2 机械臂DH参数
    2.3 康复机械臂前向运动学方程建立
        2.3.1 前向运动学方程
        2.3.2 Matlab验证
    2.4 康复机械臂运动学逆解
        2.4.1 求解雅克比矩阵
        2.4.2 数值法运动学逆解
        2.4.3 Matlab计算
    2.5 结合人体模型分析
        2.5.1 人体模型建立
        2.5.2 解析法求解
        2.5.3 Matlab仿真
    2.6 轨迹规划
    2.7 被动康复训练控制方案
    2.8 本章小结
第三章 基于视觉的动作捕捉与姿态分析
    3.1 动作捕捉技术
        3.1.1 动作捕捉技术简述
        3.1.2 基于深度神经网络的动作捕捉
        3.1.3 基于OpenPose的动作捕捉
    3.2 相机标定
        3.2.1 相机模型及坐标系
        3.2.2 相机标定方法
        3.2.3 Matlab实现相机标定和校正
    3.3 人体三维运动捕捉
        3.3.1 两相机协同拍摄
        3.3.2 人体模型三维重建
    3.4 本章小结
第四章 基于动作流相似性比对算法的运动评价
    4.1 动态时间规整算法
    4.2 随机抽样一致性算法
    4.3 DTW与 RANSAC结合算法
    4.4 实验结果与分析
    4.5 本章小结
第五章 上肢主动康复训练软件设计与实现
    5.1 软件架构
    5.2 各模块详细设计
        5.2.1 数据库模块
        5.2.2 标准动作模块
        5.2.3 历史记录模块
        5.2.4 个人信息模块
        5.2.5 训练交互模块
    5.3 用户操作流程
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果



本文编号：3749455