基于虚拟现实技术的三自由度上肢康复机器人系统.pdf

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1、第26卷第6期2013年11月机电产品开发与钏新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsV01．26，No．6Nov．，2013文章编号：1002—6673(2013)06-017-03基于虚拟现实技术的三自由度上肢康复机器人系统秦江伟，贾晋杰，李成求(大连海事大学装备学院，辽宁大连116026)摘要：研究了一套基于虚拟现实技术的3自由度上肢康复机器人系统。机器人传递运动部分采用连杆机构和3重轴；控制单元采用数字信号处理器(DSP)，绝对式编码器采集各轴旋转位置、方向信息，磁粉制动器实现各轴的负载、制

2、动：人机交互方面．患者操作机器人末端手柄做虚拟现实技术开发的虚拟游戏。该系统能够提高患者的主动性和实现3自由度康复训练运动。关键词：上肢；机器人；数字信号处理器；虚拟现实技术；康复中图分类号：TP242文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2013．06．006A3DegreeofFreedomUpperLimbsRehabilitationRobotSystemBasedonVirtualRealityTechnologyQmJiang-Wei，JIAJin-Jie，LICheng-Qiu(ImtituteofEquipment

3、，DalianMaritimeUniversity，DalianLiaoning116026，China)Abstract：Todesignasetof3DOF(degreeof丘eedom)upperlimbsrehabilitationrobotsystem．Robottransmissionpartsadoptlinkmech—anismand3axes．Thedigitalsi印alprocessor(Dsv)isadoptedtOaccomphshrobotcontrol，absoluteencodercoUecBthepositionanddirect

4、ionofeachaxisrotation，magneticpowderisadoptedtOrealizeeachshaft’sloadandbrake；Intheaspectofhuman—computerinteraction，throughthecontrolofendhandle，pafientSdovirtualgaineswhicharedevelopedbyvirtualrealitytechnology．ThesystemCanimprovethepatientl。m‘tl’atl’veandrealizethreedegreesofffeedo

5、mrehabilitationtrainingexercise．Keywords：upperlimbs；robot；digitalsignalprocessor；virtualrealitytechnology；rehabilitation0引言目前，脑中风在我国对中老年人群的健康和生命安全造成的危害十分严重。传统的康复治疗主要局限于治疗医师对患者一对一的物理治疗，虽然治疗医师的经验能够很好地帮助患者的康复，但是这种方法康复周期长、耗费人力且不能合理保证康复训练的强度，同时康复治疗过程过于单调、枯燥，患者很难产生兴趣．难以保证康复治疗达到理想的效果。机器人技术和虚

6、拟现实(VirtualReality，VR)技术引入康复领域能够有效解决上述缺陷，为患者建立合理的康复治疗系统，提高康复训练的科学性[11。基于虚拟现实技术的康复机器人得到了各国研究者的普遍重视，并取得了一定的进展，如日本大阪大学修稿日期：2013—10一12作者简介：秦江伟(1989-)，山东潍坊人，硕士研究生。研究方向：机电一体化；贾晋杰(1988一)，山西忻州人，硕士研究生。研究方向：机电一体化；通信作者：李成求(1964-)，朝鲜族，吉林人，教授。研究方向：机电一体化。JunjiFurusho等设计的6自由度上肢康复装置f2】、美国麻省理工学院的MIT—M

7、ANUS机器人[31、苏黎世大学TobiasNef等人研制的ARMin机器人M等。目前，不少科研工作者研制基于外骨骼式的上肢康复机器人。外骨骼式康复机器人关节与人体关节一致．但是由于其穿戴在肢体上会造成患者心理上的束缚性和不安全感．不利于患者的康复，而作者研制的机器人具有更大的活动空间，增加了可操作性，同时该设计能够实现左右臂的交互康复训练．与外骨骼式的单臂训练方式相比．既经济又实用。1系统结构上肢康复机器人的整体实现系统如图l所示．该系统实现以患者为主动的训练模式(后期会增加伺服电机．实现主被动结合的训练模式)，患者操作机器人末端手柄实现计算机屏幕上的游戏，3个

8、绝对式编码