基于下肢康复机器人虚拟现实技术的研究与实现

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虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术,是一门新兴的综合性信息技术,在众多领域拥有广泛的前景,如军事、制造业、建筑工程、人文教育、医疗康复、娱乐文化等。借助于虚拟现实技术,进行下肢康复训练可以打破传统的康复训练模式,提高康复患者的积极性和趣味性。本文利用虚拟现实技术构建大型VRML虚拟漫游场景,并进行了人机交互的实现,主要的研究内容包括:首先,本课题是在充分分析虚拟现实技术的特点、系统建模方法和硬件交互设备的基础上,结合下肢康复理论,提出了在己设计出的下肢康复机器人中引入虚拟现实康复漫游场景,进行了漫游场景的规划,并构建出用于下肢康复机器人的高沉浸度的虚拟漫游场景。然后,提出了下肢康复机器人主动辅助的控制训练模,进行了硬件模块的选型、足底压力采集、放大电路设计,根据下肢康复控制系统的设计准则,搭建出一套下肢康复机器人控制系统,并进行了实验结果的验证,控制系统运行稳定、响应迅速。其次,根据虚拟现实技术要求,分别从非编程式和编程式两方面进行人机交互功能的设计与初步实现,设计了场景自动漫游的功能,利用“陀螺仪”模块实现虚拟视点的转向,利用了51单片机模拟PS/2键盘,并与PC机进行通讯,实现了康复机器人与虚拟视点的同步运动。最后,本课题利用VRML语言及3DS MAX建立了虚拟城市漫游场景,应用于上肢康复机器人对患者的康复训练,高度沉浸性的虚拟场景及快速响应的实时人机交互,既增加病人的康复积极性,减轻康复医护人员的负担,又极大地提高了训练效果,缩短了康复周期。
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