基于Unity3D与Kinect的康复训练机器人情景交互系统.pdf

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1、第３８卷第３期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ３２０１７年３月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｒ．２０１７基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ与Ｋｉｎｅｃｔ的康复训练机器人情景交互系统１１１２２秦超龙，宋爱国，吴常铖，刘玉庆，姜国华（１．东南大学仪器科学与工程学院南京２１００９６；２．中国航天员科研训练中心人因工程国家重点实验室北京１０００９４）摘要：近年来，康复机器人技术的研究已成为康复医学工程与机器人领域跨学科的研究热点。为提高康复训练机器人的交互能力，将虚拟现实技术、机器人技术相结合，研究基于虚拟场景交互的下肢康

2、复训练机器人系统，使用Ｋｉｎｅｃｔ传感器采集人体的骨骼信息，并运用Ｕｎｉｔｙ３Ｄ游戏引擎和３ＤＳｔｕｄｉｏＭａｘ软件开发了用于情景交互的虚拟场景，设计了患者与虚拟人物步态同步控制算法，实现了康复训练过程中的同步交互。实验结果表明，同步步态控制算法有效，人机交互良好，可帮助并激励中风患者实现主动的康复训练。关键词：情景交互；康复训练机器人；Ｕｎｉｔｙ３Ｄ；Ｋｉｎｅｃｔ；同步控制中图分类号：ＴＰ２４２．３ＴＨ７８９文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．８０４６０．５５Ｓｃｅｎａｒｉｏｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔ

3、ｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎＵｎｉｔｙ３ＤａｎｄＫｉｎｅｃｔ１１１２２ＱｉｎＣｈａｏｌｏｎｇ，ＳｏｎｇＡｉｇｕｏ，ＷｕＣｈａｎｇｃｈｅｎｇ，ＬｉｕＹｕｑｉｎｇ，ＪｉａｎｇＧｕｏｈｕａ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｕｍａｎＦａｃｔｏｒｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｓｔｒｏｎａｕｔＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉ

4、ｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｒｏｂｏｔｉｃｓｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｉｎｍｅｄｉｃａｌｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｒｏｂｏｔｉｃｓｆｉｅｌｄｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｂｏｔ，ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｒｏｂｏｔ

5、ｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｒｌｉｍｂｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｓｃｅｎａｒｉｏｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅＫｉｎｅｃｔｓｅｎｓｏｒｗａｓｕｓｅｄｔｏａｃｑｕｉｒｅｔｈｅｈｕｍａｎｓｋｅｌｅｔｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｔｙ３Ｄｇａｍｅｅｎｇｉｎｅａｎｄ３ＤＳｔｕｄｉｏＭａｘｓｏｆｔｗａｒｅｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒｓｃｅｎａｒｉｏｉｎｔｅ

6、ｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｇａｉｔｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｐａｔｉｅｎｔａｎｄｖｉｒｔｕａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｇａｉｔｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｈｕｍａｎｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｓｆｒ

7、ｉｅｎｄｌｙ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｇａｉｔｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｏｕｌｄｈｅｌｐａｎｄｍｏｔｉｖａｔｅｔｈｅｓｔｒｏｋｅｐａｔｉｅｎｔｓｒｅａｌｉｚｅａｃｔｉｖｅｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｃｅｎａｒｉｏｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｂｏｔ；Ｕｎｉｔｙ３Ｄ；Ｋｉｎｅｃｔ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ病之一，也是中国成年人残疾的首要原因，在幸存者中约１引言７０％～８０％的病人留有不同程度的残疾。此外，由于车祸

8、、事故等引起的肢体受伤患者的数量也在迅速增加。随着社会老龄化的加剧，截止２０１４年底我国６０岁社会和家庭需要花费极大的代价来治疗和护理这些患［１２］