基于Kinect传感器的人体上肢外骨骼康复训练与日常辅助系统的研究

发布时间：2021-05-20 10:36

　　由于伤病或事故等原因,导致患者丧失上肢运动功能而无法正常抬起上肢,这会对他们的生活造成很大的负担。基于上肢运动功能障碍患者在患病后不同阶段的不同特点,需要分别为其提供一定强度的康复训练以及日常辅助。在当前研究中大多都只针对上肢康复设备进行探讨,功能相对单一且具有一定的局限性。针对上述问题,本文研究和建立了一个基于Kinect 2.0传感器的人体上肢外骨骼自主康复训练及日常辅助系统,以满足患者不同时期的需求。具体工作内容如下:（1）论文对人体上肢运动学模型进行分析,根据需要辅助的上肢运动自由度以及人体上肢参数确定了电机选型以及外骨骼装置的设计方案,并对外骨骼装置的运动学进行分析,计算出装置的雅克比矩阵。（2）在基于人体上肢模型的基础上,本文搭建了人体上肢外骨骼实验装置,并分析了其上下位机的组成。同时对装置的动力学进行分析,利用重力补偿后的二维动态方程简化了复杂的三维动态方程。在确定了基于角度的阻抗控制方法后,用户可以使用摇杆控制装置对上肢运动进行辅助。（3）为了拓宽设备的应用范围,本文使用了基于Kinect 2.0传感器的人机交互系统作为设备的输入信号端对外骨骼装置进行控制。利用安装在K... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：125 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 人体上肢辅助装置国内外发展现状
        1.2.1 康复型上肢辅助装置国内外发展现状
        1.2.2 强化型上肢辅助装置国内外发展现状
        1.2.3 辅助型上肢辅助装置国内外发展现状
    1.3 论文主要内容研究与安排
第二章 人体上肢运动分析及外骨骼装置设计
    2.1 引言
    2.2 人体上肢模型
        2.2.1 上肢的解剖学模型
        2.2.2 上肢康复方法
        2.2.3 人体上肢的平面
        2.2.4 需要辅助的上肢自由度
    2.3 上肢外骨骼装置驱动设计
        2.3.1 上肢外骨骼辅助装置的设计要素
        2.3.2 设备传动结构与驱动装置的选择
    2.4 上肢辅助外骨骼装置运动学分析
        2.4.1 上肢辅助外骨骼机器人运动学建模
        2.4.2 上肢辅助外骨骼机器人正运动学分析
        2.4.3 上肢外骨骼辅助设备工作范围
    2.5 系统的雅克比矩阵的计算
    2.6 本章小结
第三章 人体上肢外骨骼实验平台及其动力学分析
    3.1 引言
    3.2 上肢外骨骼装置整体设计
    3.3 装置动力学分析
        3.3.1 系统的3D动态方程
        3.3.2 3D动态方程的简化
        3.3.3 动态方程的仿真结果
    3.4 系统输出转矩计算
    3.5 基于角度的阻抗控制
    3.6上肢外骨骼装置辅助实验
    3.7 本章小结
第四章 基于Kinect2.0 传感器的人机交互系统
    4.1 引言
    4.2 人机交互类型
    4.3 基于上肢关节角度变化的人机交互系统
        4.3.1 IMU传感器与角度测量传感器
        4.3.2 基于RGB摄像头的Kinect传感器
    4.4 人体上肢角度的计算
        4.4.1 Kinect传感器空间转换坐标系
        4.4.2 人体上肢关节角度计算
    4.5 Kinect2.0 的控制程序以及UI界面
    4.6基于Kinect2.0 传感器的实验
    4.7 中值滤波器及其滤波结果
    4.8 本章小结
第五章 基于Kinect2.0 的上肢自主康复与辅助系统
    5.1 引言
    5.2 基于Arduino微处理器的实时数据传输
        5.2.1 Processing IDE
        5.2.2 Arduino微处理器
        5.2.3 数模转换器(DAC)TLC
        5.2.4 信号传输的结果
    5.3 基于Kinect2.0 的上肢辅助外骨骼系统
    5.4 计算设备关节的角度
        5.4.1 设备角度2 的计算
        5.4.2 设备角度3 的计算
        5.4.3 上肢角度仿真结果
    5.5 上肢外骨骼辅助装置镜像康复训练系统
        5.5.1上肢外骨骼辅助装置镜像康复训练实验
    5.6 上肢外骨骼辅助装置日常辅助系统
        5.6.1上肢外骨骼辅助装置日常辅助实验
        5.6.2 上肢外骨骼辅助装置日常辅助实验效果评估
    5.7 上肢辅助装置远程指导系统
    5.8 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]针对性康复训练及上肢体位干预对脑卒中患者上肢功能恢复的影响[J]. 姜培升.  中外女性健康研究. 2018(21)
[2]辅助肩胛骨康复运动机构设计[J]. 汪彦慧,佟河亭,丁薇.  青岛大学学报(工程技术版). 2018(03)
[3]上肢康复机器人在脑卒中患者并发症康复中的研究与进展[J]. 王伟,宋为群,曲斯伟.  按摩与康复医学. 2018(18)
[4]基于Kinect的实时手势识别方法[J]. 田元,王学璠,王志锋,陈加,姚璜.  计算机工程与设计. 2018(06)
[5]中风病患者医养结合康复管理模式分析[J]. 刘刚,苏航,李翠,盛国滨,蔡玉梅,李昂.  中国医院管理. 2018(06)
[6]基于Kinect v2三维重建的研究与实现[J]. 卢灵青,曾玉珠,李俊.  电脑编程技巧与维护. 2018(05)
[7]人口老龄化对中国服务业发展的影响研究[J]. 吴飞飞,唐保庆.  中国人口科学. 2018(02)
[8]前瞻年龄视角下的人口老龄化及其对我国医疗费用的影响[J]. 杨昕,左学金,王美凤.  人口研究. 2018(02)
[9]一种基于OpenCV和Kinect的人体步态识别系统设计[J]. 杨欢,罗欣羽,潘与维,罗伊杭,韦金娇,王丽苹,魏亮.  电子测试. 2018(04)
[10]基于Kinect的动态手势识别[J]. 王兵,董洪伟,张明敏,潘志庚.  传感器与微系统. 2018(02)

博士论文
[1]手臂康复机器人系统研究[D]. 杨勇.哈尔滨工程大学 2009

硕士论文
[1]基于表面肌电信号控制的七自由度上肢外骨骼机器人研究[D]. 张宇星.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于sEMG的人体臂手刚度预测及仿人手变阻抗控制研究[D]. 王晨亮.哈尔滨工业大学 2018
[3]用于人体肩关节康复的球面外骨骼机器人设计与研究[D]. 李志宾.中北大学 2018
[4]气动助力外骨骼机器人人机协同运动控制研究[D]. 陶俊.浙江大学 2018
[5]基于Kinect体感技术的机器人辅助康复训练系统[D]. 王冠.南京邮电大学 2017
[6]基于kinect的人脸识别技术研究[D]. 刘小金.中国科学技术大学 2017
[7]脑梗死急性期偏瘫患者简易日常活动功能训练方案的制定与适用性分析[D]. 林源.苏州大学 2017
[8]基于Kinect的室内异常行为检测[D]. 钱美伶.吉林大学 2017
[9]上肢外骨骼助力机器人研究[D]. 邹春喜.沈阳航空航天大学 2017
[10]上肢助力外骨骼设计与研究[D]. 鲁泽华.南京理工大学 2017



本文编号：3197612