脑卒中偏瘫上肢康复人机交互系统设计与实现

发布时间：2020-04-30 12:48

【摘要】：心血管疾病、脑卒中以及癌症是全世界前三大致死疾病,主要病发群体为50岁以上老年人,在我国有年轻化趋势。据统计,2017年年末,我国60周岁及以上人口达2.409亿占总人口数的17.3%[1],依联合国相关标准,我国正处于人口老龄化社会。脑缺血或脑失血导致脑卒中,俗称中风。世界上,将近80%的脑卒中患病者伴有不同程度的单侧肢体运动障碍即偏瘫。脑卒中偏瘫康复不仅是肢体康复过程也是神经康复过程。传统的康复疗法主要由康复治疗师协助病人进行瘫痪侧肢体的运动训练,但在诸多因素上存在弊端。20世纪90年代初,随着计算机技术和机器人技术的不断发展,相关研究者视图通过人机交互系统辅助治疗师和脑卒中偏瘫病人进行康复治疗。1991年世界上第一台康复机器人MIT-MANUS问世,也是旨在帮助脑卒中偏瘫患者进行上肢康复训练而研制的人机交互系统。从1991年开始至今,相关研究成为了脑卒中康复和机器人领域中的研究热点之一。随着脑卒中偏瘫康复治疗临床研究的不断深入,研究者对康复机器人的设计需求也发生了变化:从以治疗师和机器为中心逐渐转变到以病人和人机交互为中心,从专注机器人技术的研发问题逐渐转变到关注病人的康复治疗临床需求问题,相关设计和实现从以追求科技水平为目标逐渐转变到以实现商业化应用为目标。在充分阐述相关基础理论的前提下,本文作者站在上述新变化的发展视角,从安全性、高效性、轻量化、易用性以及成本控制等因素出发,对比分析国内与国外相关研究。并根据脑卒中偏瘫上肢康复临床需求,进行以满足民生需求进而实现商业化应用的脑卒中偏瘫上肢康复人机交互系统的设计和实现。作为控制系统开发工作者,完成了运动学控制相应任务。允许脑卒中偏瘫患者执行用健康侧上肢通过计算机视觉方式动态地示教控制佩戴外骨骼式机械臂的患侧上肢在三维空间内实时再现姿态动作的双边镜像康复训练。
【图文】：

末端执行器

接受治疗的持续时间，并通过对用户的运动表现数据分析，实现了康复评价功能逡逑和康复策略的动态调整。另外，由于采用连杆机构，且只有两个关节装有电机，逡逑如图１．２，系统结构在轻量化上具有优点。再加上，用户在使用时只需要将上肢的逡逑末端与康复系统的末端执行器相连接，便可以坐在桌前接受康复训练，在很大程逡逑度上方便了作为脑卒中主要发病人群的老年人在医院或者家中接受康复治疗或预逡逑防性锻炼，具有易用性上的优势。逡逑图１．２邋ＭＩＴ－ＭＡＮＵＳ末端执行器逡逑ＭＩＴ－ＭＡＮＵＳ末端执行器是一款连杆机构ＳＣＡＲＡ邋（机器人臂），它由两台无逡逑刷电机驱动两个有动力关节，其余关节为无动力关节。虽然其在易用性上具有一逡逑定程度的优点；但是，其运动交互机构的主要缺陷在于不支持具有姿势要求的运逡逑动训练，即无法单纯通过对病人上肢末端牵引来控制上肢的姿势。再加上受制约逡逑与二维平面运动形式，其康复人机交互系统的游戏内容局限在二维世界，沉浸感逡逑不比三维交互游戏［２７］。况且

三维空间,视觉,场景

ｂ逦．５，逡逑图１．５邋ＡＲＭｉｎ的可调节机械结构逡逑ＡＲＭｉｎ的闭环控制系统运行在一台从机上，连接Ｍａｘｏｎ伺服驱动器和各个传逡逑感器，其中包括中断控制按钮。用户接口安装在另外一台主机上，并通过以太网逡逑络连接到两台显示器，病人的显示器和治疗师使用的显示器。治疗师通过交互界逡逑面输入病人数据，选择治疗模式，演示病人的实际运动动作，存储治疗日志文件。逡逑这些数据并不是直接发送给病人而是转化成另外一种形式，，三维空间视觉场景，逡逑如图１．６，呈现到病人面前。逡逑＾Ｍｉ｜｜逡逑图１．６三维空间视觉交互场景逡逑当脑卒中偏瘫病人结合三维场景交互式游戏进行康复训练时，ＡＲＭｉｎ补偿病逡逑人达到任务目标所需要的力
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R743.3;R496;TP311.52

【参考文献】