基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主動式三自由度上肢康復(fù)機器人研究.pdf

1、人體上肢運動是由神經(jīng)系統(tǒng)和運動系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)作用完成，是人類獨立生活必不可少的條件之一。運動系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題會導(dǎo)致人體肢體障礙，嚴重者甚至?xí)适н\動能力，嚴重影響人的正常生活。腦卒中是一種因人體神經(jīng)損傷而產(chǎn)生的疾病，通常多發(fā)生于中老年人群中。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步，腦卒中患者的死亡率大幅降低，但是患者治療后多伴有偏癱癥狀?，F(xiàn)代研究表明，偏癱患者神經(jīng)功能受損后，經(jīng)過科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練可使其中樞神經(jīng)系統(tǒng)完成結(jié)構(gòu)重組和功能代償，在一定程度上恢復(fù)運

2、動功能。目前，傳統(tǒng)康復(fù)模式中存在著訓(xùn)練方式單一、效率低下等不足，相比之下結(jié)合了現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)、計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)和工程技術(shù)的康復(fù)機器人，不僅可以提供多種訓(xùn)練模式幫助患者進行康復(fù)，而且采用虛擬現(xiàn)實環(huán)境能夠提高患者的主動性，具有一定的優(yōu)勢。為此本課題開發(fā)的上肢康復(fù)機器人有著非常重要的研究意義和應(yīng)用前景。
　　針對上肢偏癱患者中自主能力較弱者不能實現(xiàn)自主運動的情況，本文在實現(xiàn)了被動式訓(xùn)練模式的上肢康復(fù)機器人基礎(chǔ)上對其進行拓展，開發(fā)了主動式

3、的訓(xùn)練模式系統(tǒng)。
　　主動訓(xùn)練模式主要采用交流伺服電機作為動力源，通過電機的輸出力矩帶動機器人手柄進行運動從而引導(dǎo)患者完成康復(fù)訓(xùn)練。對伺服電機的數(shù)學(xué)模型進行分析，通過MATLAB平臺對伺服系統(tǒng)進行模型建立，采用id=0的矢量控制策略，整定了PID參數(shù)，并對整個伺服系統(tǒng)進行仿真驗證其控制方案正確性。
　　整個系統(tǒng)的控制核心由數(shù)字處理器DSP2407A完成。DSP2407A具有專用電機控制模塊，利用該模塊實現(xiàn)伺服電機的SVPWM

4、矢量控制。ADC模塊完成電流和電壓采樣功能，QEP模塊完成對編碼器的信號采集，系統(tǒng)通信由SCI模塊實現(xiàn)，通過I/O口輸出PWM波控制磁粉離合器輸出可控力矩。系統(tǒng)中還設(shè)計了安全保護電路，有效保證系統(tǒng)正常運行。
　　本文開發(fā)了一款擦黑板的虛擬現(xiàn)實游戲幫助患者進行訓(xùn)練康復(fù)，在Visual C++平臺下結(jié)合OpenGL圖形技術(shù)建立虛擬環(huán)境，在該環(huán)境下患者可以進行漫游和擦黑板兩種訓(xùn)練模式。環(huán)境中采用3DMAX建立模型導(dǎo)入，采用紋理貼圖實現(xiàn)逼