脚踏式下肢康复机器人虚拟场景建立与交互实现研究

发布时间：2017-04-09 05:17

  本文关键词：脚踏式下肢康复机器人虚拟场景建立与交互实现研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,由于脑血管疾病、神经系统疾病、脑卒中病或者交通事故引起的下肢功能障碍患者不断增加,这不仅增加了社会的负担,而且影响了患者的正常生活。使用机器人进行康复训练,能满足患者康复训练的基本要求,减少医生的工作量,但训练过程枯燥乏味。由于虚拟现实技术具有多感知、沉浸感和交互性等优点,因而将虚拟现实技术应用到下肢康复训练中,能够使训练更加有趣,增加患者康复治疗的主动性。本课题针对脚踏式下肢康复机器人虚拟场景建立与交互实现进行了深入研究,主要有如下几方面的工作:首先,深入研究了虚拟现实技术,并规划出了脚踏式下肢康复机器人的虚拟现实场景。在深入研究虚拟现实的优势、分类、应用、虚拟场景的建模技术、下肢康复训练理论及人机交互技术的基础上,规划出了与本课题组开发的脚踏式下肢康复机器人相配套的虚拟训练场景,即飞机漫游场景和户外骑行场景。其次,根据所规划的虚拟训练场景,完成了飞机漫游场景和户外骑行场景的构建。本课题选用了OpenGL图形库、VC++开发平台和三维建模软件Milkshape3D作为虚拟场景的开发工具,完成了虚拟场景的基本结构。并且基于虚拟场景的关键技术,如环境建模技术、纹理映射技术等,利用OpenGL绘制了地形、天空等简单场景,结合Milkshape3D绘制了房屋、飞机等复杂场景,完成了虚拟场景的构建。再次,实现了脚踏式下肢康复机器人被动控制策略硬件的选型、搭建与软件的编程。完成了下肢康复虚拟现实软件系统的设计,主要包括信息管理模块、虚拟场景模块、人机交互模块和MSComm串口通信模块。最终实现了下肢康复机器人与虚拟场景的交互。最后,实验验证。将脚踏式下肢康复机器人与虚拟场景联合调试,通过实验证明了下肢康复机器人与虚拟场景的交互性能良好,能够提高患者康复训练的积极性。
【关键词】：虚拟现实技术 脚踏式下肢康复机器人 被动控制策略 人机交互技术
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.1.1 课题的研究背景10
• 1.1.2 课题的研究意义10-11
• 1.2 虚拟现实的研究现状11-14
• 1.2.1 国内研究现状11-13
• 1.2.2 国外研究现状13-14
• 1.3 人机交互技术14-17
• 1.3.1 人机交互技术的发展15-17
• 1.3.2 人机交互技术的研究内容17
• 1.4 课题主要研究内容17-22
• 1.4.1 课题的研究基础17-20
• 1.4.2 课题的研究内容20-22
• 第二章 虚拟现实技术和下肢康复理论的研究22-30
• 2.1 虚拟现实概述22-27
• 2.1.1 虚拟现实的基本概念及系统构成22-23
• 2.1.2 虚拟现实技术的分类23-24
• 2.1.3 虚拟现实技术的特点24-25
• 2.1.4 虚拟现实技术的应用25-27
• 2.2 虚拟现实与下肢康复技术的结合27-28
• 2.2.1 下肢运动功能障碍的康复技术27
• 2.2.2 虚拟现实技术和下肢康复技术的结合27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 下肢康复虚拟场景的规划30-38
• 3.1 脚踏式下肢康复机器人30-31
• 3.2 下肢康复虚拟场景的规划31-33
• 3.2.1 虚拟场景规划的基础31
• 3.2.2 虚拟场景系统的功能31-33
• 3.2.3 虚拟场景和脚踏式下肢康复机器人的需求分析33
• 3.3 脚踏式下肢康复虚拟场景开发工具的选择33-36
• 3.3.1 OpenGL图形库33-35
• 3.3.2 VC++开发平台35
• 3.3.3 MiIkShape3D软件35-36
• 3.4 虚拟场景基本结构的实现36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 下肢康复虚拟场景的设计与实现38-54
• 4.1 虚拟场景相关技术的研究38-39
• 4.1.1 环境建模技术38-39
• 4.1.2 纹理映射技术39
• 4.2 飞机漫游虚拟场景的实现39-48
• 4.2.1 地形背景的生成40-42
• 4.2.2 天空的生成42-44
• 4.2.3 真实感飞机的生成44-48
• 4.3 户外骑行虚拟场景的生成48-53
• 4.3.1 天空及地形的生成48-49
• 4.3.2 公路及路灯广告牌的生成49
• 4.3.3 房子的生成49-50
• 4.3.4 树木的生成50-51
• 4.3.5 场景漫游的实现51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 下肢康复机器人与虚拟场景交互的实现54-72
• 5.1 下位机被动康复策略的实现54-58
• 5.1.1 下肢被动康复训练模式的提出54-56
• 5.1.2 控制系统硬件的组成56-58
• 5.2 下肢康复虚拟现实软件系统的设计与实现58-70
• 5.2.1 虚拟场景模块60
• 5.2.2 信息管理模块60-63
• 5.2.3 人机交互界面的生成63-64
• 5.2.4 人机交互模块64-68
• 5.2.5 MSComm串口通信模块68-70
• 5.3 下肢康复机器人与虚拟场景交互的实现70-71
• 5.3.1 无线手指鼠标的介绍70
• 5.3.2 下肢康复机器人与虚拟场景交互的实现70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 人机交互实验72-78
• 6.1 实验目的72
• 6.2 实验平台72-73
• 6.3 实验对象与结果73-76
• 6.3.1 实验对象73
• 6.3.2 实验过程与结果73-76
• 6.4 实验结论76-78
• 第七章 结论与展望78-80
• 7.1 结论78
• 7.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84

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