外骨骼手部康复机器人训练系统设计与研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:husong724
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中风,又称脑卒中,是由于颅脑血管发生破裂或阻塞,导致脑组织出现缺血、缺氧或坏死等情况的病症。中风多发于老年人群,病发后多数患者伴有偏瘫等症状。由中风导致的手功能障碍影响了患者日常生活,给其家庭甚至社会带来了沉重负担。针对中风患者手部运动功能的康复,本研究结合机器人技术,提出了外骨骼手部康复机器人训练系统。首先,本研究设计了基于LabVIEW的外骨骼手部康复机器人训练系统,系统主要包括人机交互界面,用户信息数据库以及康复训练三个模块。其次,针对手部无自主抓握能力康复阶段的中风患者,本研究基于康复理论提出了被动康复训练方案,通过分析外骨骼手部康复机器人的机械结构确定其控制方法,本研究为康复机器人设计了上位机控制模块、运动控制模块及手指弯曲角度采集模块。此外,为了避免康复机器人在康复训练中对患者的二次伤害,提高康复机器人的安全性,本系统分析并设计了安全阈度。再次,针对基本恢复自主运动功能,但仍需加强和巩固治疗,提高手指灵活度康复阶段的中风患者,本研究设计了主动康复训练方案,首先基于康复医学中的盒块测试设计了虚拟现实训练游戏,然后搭建了虚拟训练场景、设计了数据采集与数据通信,最终实现了训练者与虚拟场景的交互功能。最后,本研究通过被动康复训练与主动康复训练的性能评价实验,分别验证了被动康复训练系统中手指康复机器人的安全性、针对不同年龄、性别人群的适用性以及主动康复训练系统的交互性。实验结果表明,被动康复训练系统能够帮助训练者进行安全可靠的手指抓握训练以及对球体、圆柱体的抓取训练,主动康复训练系统能够实现虚拟现实抓球功能,为训练者提供了友好的交互训练平台。本研究提出的外骨骼手部康复机器人训练系统在对康复机器人的推广及临床上的应用具有一定的意义,为中风患者带来了福音。
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