脚踏式下肢康复机器人虚拟场景建立与交互实现研究-机械工程专业论文.docx

DissertationSubmittedto HebeiUniversityofTechnologyForTheMasterDegreeof MechanicalengineeringVIRTUALSCENEESTABLISHMENTANDINTERACTIVEREALIZATIONRESEARCHOFPEDAL-POWEREDLOWERLIMBREHABILITATIONROBOTBy WangXiudanSupervisor:Prof.LiuRuisuMay2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表 的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究 工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声 明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有 权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全 文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要近年来，由于脑血管疾病、神经系统疾病、脑卒中病或者交通事故引起的下肢功 能障碍患者不断增加，这不仅增加了社会的负担，而且影响了患者的正常生活。使用 机器人进行康复训练，能满足患者康复训练的基本要求，减少医生的工作量，但训练 过程枯燥乏味。由于虚拟现实技术具有多感知、沉浸感和交互性等优点，因而将虚拟 现实技术应用到下肢康复训练中，能够使训练更加有趣，增加患者康复治疗的主动性。 本课题针对脚踏式下肢康复机器人虚拟场景建立与交互实现进行了深入研究，主要有 如下几方面的工作：首先，深入研究了虚拟现实技术，并规划出了脚踏式下肢康复机器人的虚拟现实 场景。在深入研究虚拟现实的优势、分类、应用、虚拟场景的建模技术、下肢康复训 练理论及人机交互技术的基础上，规划出了与本课题组开发的脚踏式下肢康复机器人 相配套的虚拟训练场景，即飞机漫游场景和户外骑行场景。其次，根据所规划的虚拟训练场景，完成了飞机漫游场景和户外骑行场景的构建。 本课题选用了OpenGL图形库、VC++开发平台和三维建模软件Milkshape3D作为虚 拟场景的开发工具，完成了虚拟场景的基本结构。并且基于虚拟场景的关键技术，如 环境建模技术、纹理映射技术等，利用OpenGL绘制了地形、天空等简单场景，结合 Milkshape3D绘制了房屋、飞机等复杂场景，完成了虚拟场景的构建。再次，实现了脚踏式下肢康复机器人被动控制策略硬件的选型、搭建与软件的编 程。完成了下肢康复虚拟现实软件系统的设计，主要包括信息管理模块、虚拟场景模块、人机交互模块和MSComm串口通信模块。最终实现了下肢康复机器人与虚拟场 景的交互。最后，实验验证。将脚踏式下肢康复机器人与虚拟场景联合调试，通过实验证明 了下肢康复机器人与虚拟场景的交互性能良好，能够提高患者康复训练的积极性。关键字：虚拟现实技术脚踏式下肢康复机器人被动控制策略人机交互技术ABSTRACTInrecentyears,patientswithlowerlimbdysfunctioncausedbythecerebrovascular disease,nervoussystemdisease,strokediseaseortrafficaccidentiseverincreasing,itnotonlyincreasestheburdenofsociety,butalsoinfluencespatientsnormallife.Touserobots forrehabilitationtrainingcanmeetthebasicrequirementofpatients’rehabilitationtraining, reduce theworkloadofdoctors,butthetrainingprocessisboring.Virtual realitytechnology hasadvantagesofmulti-sensory,immersionandinteractivity,etc,Sousingvirtualreality technologyinlowerlimbrehabilitationtrainingnotonlymakestherehabilitationtraining moreinteres