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柔性上肢康複機器人研究中的VR技術

上肢康複機器人用于對腦卒中患者進行上肢康複治療,能夠維持和擴大患者關節活動度、增強肌肉力和協調性,以防止肌肉萎縮、關節痙攣等各類症狀的出現,最終重建肢體功能,以便回歸正常生活。

現有的上肢康複機器人訓練模式單一、結構複雜、控制難度大,基于此現狀,重慶理工大學楊岩教授團隊設計了一款由繩牽引的柔性上肢康複機器人。這款柔性上肢康複機器人結合了虛拟現實(VR)技術,為患者在安全和可靠的治療環境中提供具有特定任務的重複訓練,允許患者嘗試不同的場景和不同的任務,增加了康複治療的趣味性。

柔性上肢康複機器人研究中的VR技術

在虛拟現實技術的運用中,為獲得患者上肢(腕關節和肘關節)在空間中的運動坐标資訊,研究人員使用了NOKOV(度量)光學三維動作捕捉系統。

柔性上肢康複機器人研究中的VR技術

利用大量患者上肢康複過程中的訓練資料,拟定适合患者上肢運動的速度為 V0。柔性上肢康複機器人進行主動康複訓練,通過NOKOV度量動作捕捉系統實時測量上肢在運動空間的位置變化參數。

柔性上肢康複機器人研究中的VR技術

在CPAC控制器裡,計算動作捕捉系統中每一幀的空間坐标變化量(V),并且與拟定的速度(V0)進行比較。當測得患者上肢運動速度 V < V0時,表示患者自主運動能力不足,需要在康複機器人的牽引下進行運動訓練,CPA控制發出脈沖信号,驅動末端執行機構,使得繩索牽引上肢運動。當上肢運動速度 V ≥ V0時,表示患者能夠自主運動,故末端執行機構跟随上肢,做主動運動。

柔性上肢康複機器人研究中的VR技術

當通過NOKOV度量動作捕捉系統擷取上肢運動的空間坐标位置後,利用SDK插件,在Unity中讀取空間坐标位置,并轉化為虛拟動态模型節點坐标系,實作虛拟現實運動互動。

​參考文獻:[1]杜豪,楊岩,張成傑.虛拟現實技術在柔性上肢康複機器人中的應用[J].計算機工程與應用,2020,56(24):260-265.

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