基于虚拟现实与触觉感知的多功能上肢康复系统研究
发布时间：2020-09-21 09:35
随着我国逐步迈入老龄化社会,由于心脑血管或神经系统等疾病引起的偏瘫人数正在逐年递增,脑卒中不仅严重影响患者的身心健康和日常生活,也给社会带来了沉重的负担。在此背景下,以康复机器人为代表的新型康复治疗方法已成为国内外科研机构的研究热点。本文以实验室自主设计的6自由度上肢康复机器人为基础,通过将虚拟现实技术、触觉感知技术与其相结合,设计了一套基于虚拟现实与触觉感知的多功能上肢康复训练系统。论文的主要研究工作体现在以下几方面:首先本文对基于虚拟现实的被动康复训练子系统展开研究。借助虚拟现实技术,构建了虚拟人体和虚拟康复机器人的三维模型。并以此为基础,搭建了能够实时模拟患者康复训练状态的虚拟康复训练场景。本文还以Unity 3D作为虚拟康复训练场景的驱动引擎,研究了基于此引擎的虚拟康复机器人实时运动控制方法,并通过PNF疗法中的“上肢D1屈曲”模式进行被动康复训练实验,有效地验证了虚拟康复训练场景与患者实际康复训练的同步性。其次,本文对基于虚拟现实与触觉感知的主动康复训练子系统展开研究。为获取患者的运动意图,设计了用于获取人机之间相互作用力的柔性阵列压力传感器信号采集器。并借助此信号采集器对弯曲状态下的柔性阵列式压力传感器各力采集点进行了重新标定,以此来保证采集到的力信息的准确性。同时,还通过虚拟现实技术设计了2款用于主动康复训练的虚拟康复游戏,并将其与采集到的力信息相结合,很好地实现了患者与虚拟康复游戏之间的交互性。最后,在已完成的上述两子系统的基础上,考虑到该系统在实际应用过程中还应具有康复训练数据保存和医师管理等其他辅助功能。因此,本文借助MFC和Microsoft SQL Server对上述功能进行系统整合,研发了一套包含系统登录、医师管理、患者管理、被动康复训练、主动康复训练、康复评估和患者信息查询在内的多功能上肢康复训练系统。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH789
【部分图文】：
早在２０世纪９０年代，美国麻省理工学院就开始研究和设计上肢康复机器人，逡逑经过研究团队的不懈努力，Ｈｏｇａｎ团队研发了世界上第一台利用连杆机构组成逡逑的上肢康复系统ＭＩＴ－Ｍａｎｕｓ［Ｍ］，如图１－１所示。此后，该团队对ＭＩＴ－Ｍａｎｕｓ康逡逑复机器人进行不断改进，使其不仅可为患者提供被动、主动和阻抗等多种康复逡逑训练模式，还为患者提供了视觉反馈功能［１５？１。逡逑图１－１邋ＭＩＴ－Ｍａｎｕｓ上肢康复系统逡逑２００２年由英国雷丁大学领导的欧洲研究小组研发了一套６自由度的上肢康逡逑复系统Ｇｅｎｔｌｅ／Ｓ［１９】，如图１－２所示。该康复机器人可为患者提供三种康复训练模逡逑式：被动、主动和阻抗。此外，该系统还引入了虚拟现实技术，患者可以通过逡逑视觉、听觉和触觉与３Ｄ虚拟训练场景进行交互。临床试验表明，该系统可以大逡逑大提？患者康复训练的积极性。逡逑２逡逑
图１－２邋Ｇｅｎｔｌｅ／Ｓ上肢康复机器人逡逑２００５年瑞士苏黎世大学的Ｎｅｆ团队设计了一款６自由度的外骨骼康复机器逡逑人ＡＲＭｍ，如图１－３所示。研究团队通过为该康复机器人安装位置和力传感器，逡逑可实时获取患者康复训练时的速度与力等信息，帮助医师及时了解患者当前的逡逑康复训练状态。此外，该康复机器人还融入了虚拟现实技术，可以帮助患者在逡逑虚拟环境中进行康复训练［２0－２２］。该款康复机器人后经多次改进，最终由Ｈｏｃｏｍａ逡逑公司在其基础上成功推出商业版的康复训练系统ＡｒｍｅｏＰｏｗｅｒ，如图１－４所示。逡逑目前ＡｒｍｅｏＰｏｗｅｒ康复训练系统已是世界上较为成熟的上肢康复系统，己经投入逡逑临床试验。逡逑a慑义贤迹保冲澹粒遥停椋羁蹈椿魅隋瓮迹保村澹粒颍恚澹铮校铮鳎澹蚩蹈椿魅隋义希玻埃保澳晁孤逦哪嵫遣级拍谴笱В冢椋瑁澹颍焱哦由杓屏艘豢钊诤闲槟庀质档模冲义献杂啥瓤蹈椿魅耍停桑停桑茫樱校保缤迹保邓尽８每蹈椿魅艘匀挝竦枷蛭疲义贤üト⌒槟庋盗烦【爸写有弊郎瞎雎湫∏虻目蹈从蜗防创颊呓锌蹈囱靛义狭贰Ｊ笛檠芯勘砻鳎焊孟低晨上灾岣吣宰渲谢颊叩目蹈葱Чｅ义希冲义
本文编号：2823344
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH789
【部分图文】：
早在２０世纪９０年代，美国麻省理工学院就开始研究和设计上肢康复机器人，逡逑经过研究团队的不懈努力，Ｈｏｇａｎ团队研发了世界上第一台利用连杆机构组成逡逑的上肢康复系统ＭＩＴ－Ｍａｎｕｓ［Ｍ］，如图１－１所示。此后，该团队对ＭＩＴ－Ｍａｎｕｓ康逡逑复机器人进行不断改进，使其不仅可为患者提供被动、主动和阻抗等多种康复逡逑训练模式，还为患者提供了视觉反馈功能［１５？１。逡逑图１－１邋ＭＩＴ－Ｍａｎｕｓ上肢康复系统逡逑２００２年由英国雷丁大学领导的欧洲研究小组研发了一套６自由度的上肢康逡逑复系统Ｇｅｎｔｌｅ／Ｓ［１９】，如图１－２所示。该康复机器人可为患者提供三种康复训练模逡逑式：被动、主动和阻抗。此外，该系统还引入了虚拟现实技术，患者可以通过逡逑视觉、听觉和触觉与３Ｄ虚拟训练场景进行交互。临床试验表明，该系统可以大逡逑大提？患者康复训练的积极性。逡逑２逡逑
图１－２邋Ｇｅｎｔｌｅ／Ｓ上肢康复机器人逡逑２００５年瑞士苏黎世大学的Ｎｅｆ团队设计了一款６自由度的外骨骼康复机器逡逑人ＡＲＭｍ，如图１－３所示。研究团队通过为该康复机器人安装位置和力传感器，逡逑可实时获取患者康复训练时的速度与力等信息，帮助医师及时了解患者当前的逡逑康复训练状态。此外，该康复机器人还融入了虚拟现实技术，可以帮助患者在逡逑虚拟环境中进行康复训练［２0－２２］。该款康复机器人后经多次改进，最终由Ｈｏｃｏｍａ逡逑公司在其基础上成功推出商业版的康复训练系统ＡｒｍｅｏＰｏｗｅｒ，如图１－４所示。逡逑目前ＡｒｍｅｏＰｏｗｅｒ康复训练系统已是世界上较为成熟的上肢康复系统，己经投入逡逑临床试验。逡逑a慑义贤迹保冲澹粒遥停椋羁蹈椿魅隋瓮迹保村澹粒颍恚澹铮校铮鳎澹蚩蹈椿魅隋义希玻埃保澳晁孤逦哪嵫遣级拍谴笱В冢椋瑁澹颍焱哦由杓屏艘豢钊诤闲槟庀质档模冲义献杂啥瓤蹈椿魅耍停桑停桑茫樱校保缤迹保邓尽８每蹈椿魅艘匀挝竦枷蛭疲义贤üト⌒槟庋盗烦【爸写有弊郎瞎雎湫∏虻目蹈从蜗防创颊呓锌蹈囱靛义狭贰Ｊ笛檠芯勘砻鳎焊孟低晨上灾岣吣宰渲谢颊叩目蹈葱Чｅ义希冲义
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