基于虚拟现实的踝关节康复机器人的综述

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第19卷第1期机电产品开崖与钏新Vo1．19．No．12006年1月Development＆Innovationofmachinery&electricalproductsJan．，2006基于虚拟现实的踝关节康复机器人的综述张小俊，刘更谦，何春燕，路光达，岳宏(河北工业大学机器人及自动化研究所。犬津300130)摘要：根据国内外踝关节康复器械的研究现状，提出了基于虚拟现实的踝关节康复机器人的构成，其本质是一种触觉感知接口。从医学、虚拟现实技术和触觉感知接口技术的角度。阐述了亟待解决

2、的虚拟现实建模、三维图形处理、系统融合、透明性、灵敏度等关键技术。分析了康复方案及功能评价策略的制定。关键词：虚拟现实；踝关节康复机器人；触觉感知接口；力反馈中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1002—6673(2006)01—029—03跃的技术研究领域，其本质就是要给人以真实的体验和0引言方便的人机交互。虚拟现实技术的人机交互性也正被许踝关节损伤是一种常见的骨关节损伤，其发生率在多专家学者探索应用于医学领域，而应用于康复医学方下肢损伤中居第二位。踝关节损伤的临床治疗证明：踝面则是有着巨大的潜力。将虚拟现实技术用于踝关

3、节康关节在康复期进行功能康复训练，可加速组织愈合并有复系统。可以避免传统康复训练的枯燥和乏味，使康复利于恢复韧带的本体感觉。加快患者康复速度，还可预训练融于娱乐中，从而增强患者训练兴趣和提高康复效防今后由于踝关节不稳而造成的反复扭伤Ll1。由于现有果L4。由于踝关节易受到损伤，适用于踝关节康复训的产品只能辅助患者进行简单的康复训练，患者的训练练的机器人在将来必然会有着广阔的市场。不能被感知和得到及时的评估，因此难以满足踝关节康复1踝关节康复机器人的构成治疗的要求，为此，研究人员在踝关节康复方面展开了深入的研究。美国新泽西州的Ru~

4、em大学于1999年研制出虚拟现实系统按用户沉浸的程度不同，可分为桌面Ru~emAnkle的踝关节康复系统，使患者在家里娱乐式虚拟现实系统，沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现的过程中就得到了康复治疗。该系统主体是基于气动伺实系统。桌面虚拟现实系统是使用PC机或低级的工作服系统控制的Stewart机构。用一台PC机生成虚拟场站来实现虚拟仿真，用户借助计算的屏幕观察虚拟场景，由一台主频233MHz的奔腾嵌入式计算机作为控制景，且通过操纵鼠标、跟踪球、力矩球等操纵虚拟场景器。该系统可采集康复训练过程中平台的运动和输出力中；沉浸式虚拟现实系

5、统则是利用头盔显示器和数据手的数据，存入数据库，并可通过网络传输给异地的医套等交互设备把用户的视觉、听觉、和其他感觉封闭起师。由医师及时给出有针对性的康复治疗方案，指导患来，使用户真正融入到VR系统的虚拟环境中；分布式者进行有效地康复训练。RutnersAnkle已被用于临床试虚拟现实系统则要通过网络技术把各个用户联系在一验。得到了患者和医师的良好反映。然而RutgersAnkle起，使他们共享同一个虚拟空间，最终达到协同工作的存在着机构复杂，自由度数多以及需要配置独立气源等目的。根据实际需要和制造成本，基于虚拟现实的踝关缺点。为

6、此，英国伦敦大学的JianS．Dai和索尔福德大节康复机器人只需设计成一套桌面式的虚拟现实系统，学的ChristopherNester等人提出了只有三个或四个自由即系统中生成和显示三维虚拟场景的任务由一台PC机度的踝关节康复并联机构的构型方案例。总之，踝关节来完成。随着硬件技术的不断提高，PC机图象处理能力康复机器人在结构设计、运动控制、康复方案、功能评也越来越强，由它生成的虚拟场景能够满足踝关节康复价策略等方面仍需要深入研究。系统要求，获得以娱乐为目的的沉浸感。整个系统还需虚拟现实(VirtualReality)是9O年代以来十

7、分活要有力／力矩传感器、位置跟踪器、3一D声音生成器、合适的控制板卡等硬件设备。另外，作为一套康复系统，收稿日期：2005—10—30由康复方案、训练结果、评价策略等组成的软件系统也作者简介：张小俊(1980一)，男，硕士研究生。研究方向为机是整个系统的重要组成部分。基于虚拟现实的踝关节康器人技术。复系统的结构框图如图1所示。维普资讯http://www.cqvip.com·开发与创新·方案，以实现科学合理的康复训练治疗。2踝关节康复机器人的关键技术2．1虚拟现实毋庸置疑，虚拟现实技术由于涉及多学科知识，且要求硬件条件高，一些技术

8、上的难题制约着它的发展．所以，现在尚未达到广泛应用的程度。基于虚拟现实的踝关节康复机器人的开发与研制，同样也存在着有待解决的技术难题：(1)虚拟现实建模。建立虚拟环境数据库，并对虚拟对象与虚拟场景附加各种物理特征、运动约束以及音图l基于虚拟现实的踝