基于Kinect动作交互模式的脑瘫康复训练系统设计

设计了以Kinect为交互设备的脑瘫康复训练系统。该系统针对上、下肢康复运动设计了运动捕捉功能及运动数据记录、分析和评价功能,通过对脑瘫患者的实际考察和数据研究,对程序进行整改。系统还设计了动作数据记录和评价功能,可结合不同案例进行多疗程数据记录和分析评价,以便更好地了解患者的目前情况和训练后的康复情况,为医生和康复治疗师提供治疗佐证数据。     

用于脑瘫康复训练的悬浮控制系统研究

针对目前脑瘫患者康复训练手段单调、互动性差的缺点,提出了一种用于脑瘫患者康复训练的悬浮控制系统。该系统主要以脑瘫患者的脑电集中度和放松度为检测对象,根据检测到的集中度和放松度的强弱,自动调节悬浮系统中无刷电机的脉宽调制(PWM)信号,实现对小球不同位置的悬浮控制。实验结果表明,该用于脑瘫康复训练的悬浮控制系统能根据测试者的集中度和放松度实现小球的悬浮控制,具有互动性强和激发患者主动参与训练的特点,具有一定的应用前景。     

基于虚拟试验箱的康复手势识别算法研究

研究了基于自主研发的手部康复训练系统的康复手势识别方法。针对现有手势识别算法识别手势过于单一、不具备针对性的问题,通过对手部功能障碍患者的手部运动及控制力的分析,提出了一种新的基于虚拟试验箱的康复手势识别算法。该算法的核心是利用摄像头捕捉不同的康复手势,并通过辅助训练标志板来实现手和辅助康复器械定位。基于改进的形状上下文识别算法的处理器实现了康复手势识别功能,并进一步控制虚拟场景中的物体做出相应的反应。该算法可以完成推、拉、悬垂、托举、二指捏等典型康复手势的准确识别,并与现有的手势识别算法进行了准确的对比。实验结果表明,该算法在识别率上有一定的提高,并且在识别的手势上更具有针对性。     

基于全方位移动机器人的下肢康复训练研究

下肢康复机器人在临床康复领域的应用弥补了传统康复方法在客观性、有效性、实时性与趣味性等方面的不足。文章以人体下肢康复训练疗法及康复理论为依据,从临床康复的安全性、有效性、实用性及舒适性角度,解析出对下肢康复机器人机构、控制、传感器等方面的设计要求,并针对康复评价参数问题,提出了一种采用全方位移动下肢康复训练机器人获得动平衡参数及步态参数的方法。在分析人体下肢生理结构与临床康复对下肢康复机器人训练系统的特殊设计要求基础上,设计了能够提高人体下肢运动能力、实现多种训练方式、适用于不同患者、不同患侧康复训练模式的下肢康复机器人系统,对下肢障碍患者的康复以及临床医学研究起到辅助作用。     

基于人机交互技术的社交型无奈式耸肩动作脑瘫康复训练系统设计

本文针对社交过程中的肢体动作语言耸肩动作展开研究,基于人机交互技术,设计了社交型耸肩动作脑瘫康复训练系统。该系统使用第二代Kinect v2设备对人体肢体关节的位置、角度等特征数据采集,通过支持向量机算法对数据分类训练从而实现耸肩动作的识别。本设计上位机选用C++语言编程对动作信号进行处理,依据系统设定的动作判定规则识别相应的动作信号,同时通过串口通讯方式向Arduino UNO开发板发送指令,驱动表情机器人做出相应的表情动作。整个系统使用Python编程设计人机交互界面,便于康复师引导受测者做出相应的耸肩动作,同时记录受测者的测试结果和测试时间,方便康复师对受测者康复情况分析和训练系统的后续完善。     

牵引式下肢康复机器人机构参数优化及轨迹规划

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM（continuous passive motion,连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。     

本能行为下智能康复产品的自然交互设计

目的探讨用户本能行为下人机交互设计模型在智能康复产品中的应用。方法通过对偏瘫患者康复训练时的本能交互行为层级和心理需求进行全面的分析,提炼出产品设计过程中人机自然交互设计原则,按照人机交互设计流程及用户心理模型建立智能康复产品的人机交互设计模型。结果结合偏瘫患者需求层次,完成了智能康复训练轮椅的设计实践,初步验证了人机交互设计模型对改善偏瘫患者心理,使其主动进行康复行为的有效性。结论基于本能行为的人机交互设计模型能够实现偏瘫患者对智能康复训练轮椅的本能自然交互,深层次地满足偏瘫患者情感和心理需求,建立一种更符合偏瘫患者的心理逻辑,使产品更好地为偏瘫患者服务。这为今后产品人机自然交互设计提供新的思路和方法。     

基于语音识别的脑瘫康复数字训练系统设计

基于语音识别设计了针对脑瘫患儿的数字语音训练系统。应用人机交互(HRI)技术与仿生机械手动作控制相结合达到提升脑瘫(CP)康复训练效果的目的。该系统中控制器采用Arduino MEGA 2560为主控制器,显示屏LCD1602作为人机交互数据显示界面,通过LD3320语音芯片实现人机语音交互功能。人机交互功能是通过Labview环境展开,可实现人、机器人的手势与动作的实时交互训练与评价。该系统可训练脑瘫患者反应能力、语言表述能力以及认识手势动作数字动作能力,为提升脑瘫康复训练系统提供关键技术。     

面向居家场景的股骨干骨折康复辅具设计

目的以股骨干骨折病人居家康复存在的问题为切入点,为辅助股骨干骨折病人在家中进行标准化康复训练,从场景角度对病人居家康复辅具的设计需求进行分析,设计一款适用于居家场景的股骨干骨折康复辅具,同时为康复辅具的家用化设计提供新路径。方法研究中首先分析了医院和家庭两种不同场景的环境特点,通过研究目标用户及典型康复训练场景,提炼了在两种场景中的股骨干骨折病人康复需求。通过列举两种场景中的病人康复需求的差异,分析了在两种场景中康复产品的异同点,从而确定了居家场景下康复产品的设计需求。结果设计了股骨干骨折家用康复训练辅具,该产品可帮助病人在居家场景下进行有效的康复训练,记录病人训练时的数据,进行康复训练方案的推荐,评估病人的康复进展并可将病人的训练和评估数据传递给医生。此外,设计时充分考虑了易用性和舒适性等用户体验要素,能够给病人带来良好的使用体验。结论家用康复辅具的设计,应从场景的角度入手,挖掘居家场景中病人的康复需求,从而定义产品的功能,使产品更加适用于居家康复的需要。     

卧式下肢康复机器人主动柔顺控制实验研究

为保证下肢运动功能障碍患者在康复训练中的安全性和舒适性,利用力反馈信息采用阻抗控制原理设计了康复机器人系统的控制器,通过调整末端位置与力之间的关系使机器人具有一定的柔顺性.建立了系统的控制模型,并在dSPACE平台上进行了实验研究.结果表明,通过调节控制器中的阻抗参数,可以使机器人获得不同的刚度特性和阻尼特性,同时分析...     

基于物联网远程控制的上肢康复机器人系统研究

设计了一种基于物联网的远程控制上肢康复机器人系统。该系统通过位置传感器和扭矩传感器分别采集机器人机械臂的位置和力矩信息,由STM32控制器将其传输给上位机,经过处理后发送控制命令给下位机STM32控制器,从而控制康复机器人电机驱动;在客户端显示上肢康复机器人数据信息,同时通过互联网,服务器和客户端可以进行数据信息和视频信息传输,服务器端远程控制客户端患者进行康复训练。实验证明,该机器人系统可以实现不同模式下的康复训练,同时服务器端可以远程控制客户端,从而表明该上肢康复机器人系统的设计是可行和有效的。     

绳牵引康复机器人的工作空间分析与运动学研究

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了由4根绳牵引的3自由度绳牵引并联康复机器人.基于力/位混合控制的思想,给出了一种基于矢量封闭原理和特定的力/力矩条件的可控工作空间分析方法;用影响系数方法建立了绳牵引康复机器人的运动学方程,得出骨盆运动与绳运动的映射关系;并采用Matlab软件和Simulink工具对骨盆在步态运动过程中的运动轨迹进行了仿真研究.结果表明:该工作空间分析方法可以直观地判断绳牵引康复机器人的机构参数是否满足设计目的要求,绳的速度值和加速度值与骨盆的速度值和加速度值是同数量级的.     

步态康复训练机器人人机交互信息感知系统

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求，研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型，并分析患者下肢运动动作意图，为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验，结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求，能在康复训练中获取人体运动意图，这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。     

卧式下肢康复机器人动力学建模及控制研究

为掌握人体下肢在康复训练过程中的力学特性,对卧式下肢康复机器人进行了动力学建模和仿真研究。考虑到机器人利用机构牵引人体下肢,辅助患者实现对髋、膝、踝关节的康复训练,将人体下肢和机构作为一个整体,应用闭环矢量法和牛顿-欧拉法建立了机器人的运动学及动力学模型,并以动力学模型为基础,基于计算力矩法设计了控制器,以轨迹跟踪为目标进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方案对康复训练是有效的,并且动力学模型能快速、有效地给治疗师和患者提供训练参数,为制定有效的康复训练策略和进行动态性能分析提供理论依据。     

手腕康复机器人功能设计与外观设计

目的人体的手腕是活动中易损伤的关节,为辅助患者对手腕部位进行连续性标准化康复训练,设计一种结构紧凑、使用方便的手腕康复机器人。方法根据康复医学原理确定腕关节的转动运动范围,设计一种3-RRP球面并联式外骨骼康复机器人。通过虚拟样机对康复机器人进行仿真实验。使用MATLAB求解康复机器人的工作空间。根据人机工程学对机器人进行外观安全设计。结果该机器人有3个转动自由度,可实现腕关节掌屈/背伸、尺偏/桡偏、与小臂一起旋转运动。仿真实验表明该机器人可满足手腕关节康复训练要求,运行平稳,机器人的工作空间为球面的一部分,且连续无空洞。外形与色彩及人性化尺度设计使患者能够享受良好的医疗体验。结论使用该机器人可以达到腕关节的康复效果,研究结果为手腕康复机器人的产品工业化设计奠定了理论基础。     

基于AHP-GRA-TPOSIS的自闭症儿童家庭康复干预产品设计研究

目的 为了在家庭场景中帮助自闭症儿童进行康复干预训练,提高其康复效果,基于“安全型依恋”和“沉浸理论”两种心理理论,对家庭康复干预产品进行设计研究,并建立最佳设计方案的评价模型。方法 以广州小天使康复训练中心为研究对象,通过文献综述、自然观察、问卷、访谈等用户研究方式确定定性指标,并使用Gephi对“安全型依恋”和“沉浸理论”的理论建构进行聚类分析。将层次分析法（AHP）、灰色关联法（GRA）和逼近理想解排序法（TOPSIS）三种方法综合运用,发挥各自优势避免局限性,用以建立自闭症儿童家用干预产品设计指导与评价模型,并进行深入的设计。结果 以改善自闭症儿童自身社会交往障碍、情绪障碍、认知障碍、感觉障碍四个方面为准则,建立“自闭症儿童家用康复产品设计”的设计指导与量化评估模型,并应用到自闭症儿童家用康复干预产品的设计实践中,再综合评估选择出最佳方案。结论 以“安全型依恋”和“沉浸理论”为理论基础建立的自闭症儿童家庭康复干预产品设计策略和评估方法,其评估过程科学,结果合理。通过设计实践,创造出科学有效的沉浸式康复干预体验,促进自闭症儿童构建安全型依恋关系,提高干预自闭症儿童的康复训练效果。     

基于JACK虚拟仿真的学龄前脑瘫儿童助行器人机优化设计

目的 减少学龄前脑瘫儿童助行器的安全隐患,解决患儿在训练过程中的肢体二次损伤问题,提升助行器人机舒适性,对学龄前脑瘫儿童助行器进行优化设计。方法 通过JACK虚拟仿真软件的RULA工具,分析得到学龄前脑瘫儿童在使用助行器过程中存在的不合理姿势,并对其进行人机工学与受力分析,提出改进方法并进行设计优化,最后导入JACK虚拟仿真软件进行风险与舒适性验证。结果 优化后的学龄前脑瘫儿童助行器的使用受伤风险从4级降低到1级,患儿躯干弯曲力矩、L4/L5脊柱压缩力、剪切力的姿势载荷指数分别降低53%、47%、81%,上身各关节处于舒适角度。结论 经过JACK仿真分析及人机优化后的助行器,有效降低了学龄前脑瘫儿童在康复训练中的二次损伤风险,减轻了患儿步行训练中的身体负担,提升了助行器使用的舒适性。     

面向社区的脑卒中患者上肢康复产品设计研究

目的 为提高脑卒中患者上肢康复训练的主动性和积极性,改善当前因训练枯燥乏味导致的训练中断情况。方法 首先,通过对医院和康复机构的实地调研,以脑卒中上肢康复训练理念及技术为核心,分析现有上肢康复训练产品的优势及不足,研究脑卒中上肢康复治疗模式提取相应上肢运动特征;其次,选择国内外流行的几款情景游戏,分析其情景特点和操作方式;最后,将脑卒中患者上肢康复训练动作与经典游戏情境相匹配,探究两者结合的可行性。结果 从设计学的角度出发,通过多学科、交叉性设计研究,为脑卒中患者设计了一系列趣味性上肢康复训练产品。结论 经康复训练实验验证,该系列产品在提高患者主动训练意识、训练效率及效果等方面具有显著优势。     

基于云模型的上肢康复评价方法

随着康复设备在医疗领域中的应用越来越多,与康复设备结合的康复模式由于其操作门槛低、能减少人力等优势备受青睐。但就目前研究而言,在康复设备基础上的康复评价方法大多是与运动控制领域相结合,而与医学理论结合的上肢康复评价方法的研究仍不多,且康复评价的结果因环境和用户行为普遍存在随机性和模糊性问题。本文针对目前上肢康复设备评价存在的问题,提出了基于云模型理论的上肢康复综合评价方法,实现了部分指标的客观定量化评价,给康复训练提供参考依据。     

体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统

针对脑卒中患者因大脑神经损伤而造成的上肢运动功能缺失,结合镜像疗法的机器人辅助训练可通过促使双侧肢协同运动来有效地促进大脑神经元重塑,从而实现运动功能恢复.为此,将镜像康复理论、虚拟现实技术和机器人技术有效结合,提出一种体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统.使用动作捕捉设备采集患者健肢的位姿信息,通过设计人机镜像运动映...