手功能康复训练机器人软件系统的设计与实现
发布时间：2021-11-27 19:12
脑卒中俗称中风,已经成为当今社会中危害人类健康的重大疾病之一,卒中后遗症往往包含手功能的丧失。根据大脑可塑性原理,手功能需要大量重复性的功能性训练来康复。基于虚拟现实技术的手功能康复训练机器人系统已成为当前的一个研究热点,但当前的研究及设备存在着软件系统和硬件设备的耦合过于紧密,虚拟现实游戏的管理较为困难,康复评估功能较弱等问题。本文的研究目标是设计并实现一套手功能康复训练软件系统,采用软硬件分离的设计概念,为手功能康复训练机器人提供统一的软件接口,实现可适配于任何训练设备的软件系统,同时提供灵活的训练游戏管理方案和典型的虚拟现实训练游戏,并实现良好的康复评估功能。本文创建了一个虚拟手模型,详细分析了人手的骨骼结构、关节自由度,建立了人手关节的层次关系模型和坐标系,结合空间坐标的齐次变换关系,得出手的正向运动和逆向运动学方程,以及人手运动的静态和动态约束,实现了对手模型的运动控制和手部运动跟踪功能。本文设计并实现了手能力评定、训练方案的设定和虚拟现实训练游戏三个模块。用虚拟手模型模拟患者手部形态,评估手指运动范围和力量,完成手功能能力的评定。然后制定训练方案,并将训练参数发送给硬件设备...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
L.E.Sucar开发的上肢训练平台
[11]综合脑卒中患者和治疗师的要求，将虚拟现实技术和数据手套结合，开发了一款沉浸式虚拟现实训练系统，如图1.2所示。图1.2 芝加哥伊利诺伊大学开发的训练系统为了使患者能够身临其境，增强场景的沉浸效果，该系统基于《爱丽丝梦游仙境》的经典故事设计。场景根据故事中小屋设计，使用数据手套采集手部各关节活动度，控制场景中的虚拟手与房间里的物体相互作用。系统基于一个场景，分别针对手指抓握能力、侧捏能力、手指分离性等功能设计训练动作，提供了多种手功能训练。但是该系统只能使用数据手套进行康复训练，数据手套这种康复设备本身无法提供动力，不能提供助力或者抗阻训练，训练模式单一，存在一定的缺陷。对患者的手部运动能力水平要求较高，康复初期患者手能力较弱时不能进行康复训练，该系统也没有康复评估的功能。图1.3 芝加哥康复研究中心开发的 AVK 系统芝加哥康复研究中心[12]设计了一种驱动虚拟键盘系统（Actuated virtual keypad,AVK）
力水平要求较高，康复初期患者手能力较弱时不能进行康复训练，该系统也没有康复评估的功能。图1.3 芝加哥康复研究中心开发的 AVK 系统芝加哥康复研究中心[12]设计了一种驱动虚拟键盘系统（Actuated virtual keypad,AVK），实现对三维手模型的仿真，患者带着数据手套控制虚拟手来进行康复训练，如图 1.3 所示。数据手套用传感器采集手部关节活动角度，加入气动装置辅助或者阻
【参考文献】：
期刊论文
[1]脑卒中后功能康复评定量表的应用[J]. 汪煜楠,李国忠,钟镝,陈洪苹,赵秀丽,马帅男. 中国临床神经科学. 2018(01)
[2]社区综合康复管理对脑卒中后遗症患者生活质量的影响[J]. 田凌,谢家兴,张静,林庆,冷梅,田静,张剑. 中国康复理论与实践. 2016(12)
[3]病房-家庭式运动想象康复训练技术对脑卒中大脑可塑性影响[J]. 曹湾,陈启波,李荣祝,李妮,沈印. 中国康复医学杂志. 2016(04)
[4]镜像视频示范训练对脑卒中后执行功能障碍的效果[J]. 张春华,顾莹,刘敏. 中国康复理论与实践. 2016(01)
[5]营养支持在脑卒中患者治疗中的应用进展[J]. 刘东玲,余强,王冬华. 护理实践与研究. 2015(02)
[6]脑卒中后手功能康复应评价和治疗并重[J]. 贾杰. 上海医药. 2014(02)
[7]中风后痉挛性瘫痪中医康复护理进展[J]. 刘梨,廖若夷,余艳兰,张月娟. 全科护理. 2013(06)
[8]早期心理护理对脑卒中患者神经功能康复的促进作用观察[J]. 许玲,顾卫. 四川医学. 2012(07)
[9]中国脑卒中康复治疗指南（2011完全版）[J]. 张通. 中国医学前沿杂志(电子版). 2012(06)
[10]虚拟现实技术综述[J]. 李敏,韩丰. 软件导刊. 2010(06)
硕士论文
[1]基于磁流变液的力反馈手功能康复训练系统设计[D]. 赵昌森.东南大学 2017
[2]山东省社区人群脑卒中和其它慢性病的流行病学特征分析[D]. 周园园.济南大学 2016
[3]基于多通道学习的肢体运动功能康复辅助游戏研究[D]. 邓创.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于Unity的游戏逻辑引擎的设计与实现[D]. 杨观.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于数据手套的居家康复训练系统[D]. 屈波.青岛大学 2014
[6]手功能康复机器人的设计与研究[D]. 李海丽.上海交通大学 2014
[7]手部功能康复机器人机械系统的设计与研究[D]. 张勤超.哈尔滨工业大学 2011
[8]虚拟场景中手势控制模型研究[D]. 梅江林.华中师范大学 2008
本文编号：3522887
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
L.E.Sucar开发的上肢训练平台
[11]综合脑卒中患者和治疗师的要求，将虚拟现实技术和数据手套结合，开发了一款沉浸式虚拟现实训练系统，如图1.2所示。图1.2 芝加哥伊利诺伊大学开发的训练系统为了使患者能够身临其境，增强场景的沉浸效果，该系统基于《爱丽丝梦游仙境》的经典故事设计。场景根据故事中小屋设计，使用数据手套采集手部各关节活动度，控制场景中的虚拟手与房间里的物体相互作用。系统基于一个场景，分别针对手指抓握能力、侧捏能力、手指分离性等功能设计训练动作，提供了多种手功能训练。但是该系统只能使用数据手套进行康复训练，数据手套这种康复设备本身无法提供动力，不能提供助力或者抗阻训练，训练模式单一，存在一定的缺陷。对患者的手部运动能力水平要求较高，康复初期患者手能力较弱时不能进行康复训练，该系统也没有康复评估的功能。图1.3 芝加哥康复研究中心开发的 AVK 系统芝加哥康复研究中心[12]设计了一种驱动虚拟键盘系统（Actuated virtual keypad,AVK）
力水平要求较高，康复初期患者手能力较弱时不能进行康复训练，该系统也没有康复评估的功能。图1.3 芝加哥康复研究中心开发的 AVK 系统芝加哥康复研究中心[12]设计了一种驱动虚拟键盘系统（Actuated virtual keypad,AVK），实现对三维手模型的仿真，患者带着数据手套控制虚拟手来进行康复训练，如图 1.3 所示。数据手套用传感器采集手部关节活动角度，加入气动装置辅助或者阻
【参考文献】：
期刊论文
[1]脑卒中后功能康复评定量表的应用[J]. 汪煜楠,李国忠,钟镝,陈洪苹,赵秀丽,马帅男. 中国临床神经科学. 2018(01)
[2]社区综合康复管理对脑卒中后遗症患者生活质量的影响[J]. 田凌,谢家兴,张静,林庆,冷梅,田静,张剑. 中国康复理论与实践. 2016(12)
[3]病房-家庭式运动想象康复训练技术对脑卒中大脑可塑性影响[J]. 曹湾,陈启波,李荣祝,李妮,沈印. 中国康复医学杂志. 2016(04)
[4]镜像视频示范训练对脑卒中后执行功能障碍的效果[J]. 张春华,顾莹,刘敏. 中国康复理论与实践. 2016(01)
[5]营养支持在脑卒中患者治疗中的应用进展[J]. 刘东玲,余强,王冬华. 护理实践与研究. 2015(02)
[6]脑卒中后手功能康复应评价和治疗并重[J]. 贾杰. 上海医药. 2014(02)
[7]中风后痉挛性瘫痪中医康复护理进展[J]. 刘梨,廖若夷,余艳兰,张月娟. 全科护理. 2013(06)
[8]早期心理护理对脑卒中患者神经功能康复的促进作用观察[J]. 许玲,顾卫. 四川医学. 2012(07)
[9]中国脑卒中康复治疗指南（2011完全版）[J]. 张通. 中国医学前沿杂志(电子版). 2012(06)
[10]虚拟现实技术综述[J]. 李敏,韩丰. 软件导刊. 2010(06)
硕士论文
[1]基于磁流变液的力反馈手功能康复训练系统设计[D]. 赵昌森.东南大学 2017
[2]山东省社区人群脑卒中和其它慢性病的流行病学特征分析[D]. 周园园.济南大学 2016
[3]基于多通道学习的肢体运动功能康复辅助游戏研究[D]. 邓创.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于Unity的游戏逻辑引擎的设计与实现[D]. 杨观.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于数据手套的居家康复训练系统[D]. 屈波.青岛大学 2014
[6]手功能康复机器人的设计与研究[D]. 李海丽.上海交通大学 2014
[7]手部功能康复机器人机械系统的设计与研究[D]. 张勤超.哈尔滨工业大学 2011
[8]虚拟场景中手势控制模型研究[D]. 梅江林.华中师范大学 2008
本文编号：3522887
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