基于虚拟现实的手指康复训练系统研究

摘要

当今社会中由于手部功能障碍患者的不断增多，针对手部康复训练的研究受到了相关专业学者更多的重视。与此同时，随着虚拟现实技术的不断发展，将其应用到康复医疗领域也是一个热点方向。因此本课题研究了基于虚拟现实技术的手指康复系统，并制作了康复手套，设计完成示教康复系统。
　　本文综述了针对手部功能障碍患者进行康复治疗的国内外研究现状，分析了相关技术领域的发展趋势。基于康复医学，对人手的生理结构特点和康复训练特点及治疗要求进行论述。设计出基于虚拟现实的主动康复训练系统、以气动人工肌肉驱动的康复手套以及示教康复系统。具体内容如下：
　　首先，结合康复训练动作设计虚拟康复训练场景，并在场景中设计得分机制作为康复评定依据，将5DT数据手套与虚拟场景连接，利用5DT数据手套内置柔性传感器对手指信息采集，实现患者与场景之间康复数据的交互，以此为基础设计完成了针对手部功能损伤较轻患者的主动康复训练系统。该系统中还编写了数据库对患者信息进行存储。
　　其次，以安全有效、结构简单、性价比为出发点设计了轻便、舒适、成本低、安全性高的气动人工肌肉驱动的康复手套，设计了气动控制系统对康复手套进行驱动，通过手指运动学分析指尖位置、指尖运行轨迹，与康复训练时实际轨迹对比，检验康复手套设计方案的有效性。基于LabVIEW与Unity3D联合开发了康复训练系统软件，完成了康复手套与5DT数据手套所组成的示教康复训练系统的虚拟训练和控制管理。
　　最后，对主动康复训练系统和示教康复训练的系统性能进行检测，结合表面肌电信号采集仪，对手指运动相关肌肉进行肌电信号分析，并通过康复手套抓取不同静物的实验，验证所设计康复手套的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及意义

1.3 虚拟现实技术

1.4 国内外研究现状

1.5 论文主要研究内容

第2章 手指康复训练系统方案设计

2.1 引言

2.2 手指康复医学理论

2.3 基于数据手套的主动康复训练系统设计方案

2.4 被动康复训练系统设计方案

2.5 数据手套示教模式下的康复训练系统设计方案

2.6 本章小结

第3章 基于虚拟现实的主动康复训练系统设计

3.1 引言

3.2 虚拟现实软件系统开发

3.3 主动康复系统的构成

3.4 本章小结

第4章 康复手套的设计与示教系统的实现

4.1 引言

4.2 手指运动学分析

4.3 康复手套和控制系统的设计

4.4 驱动系统的选择

4.5 示教康复训练系统的实现

4.6 本章小结

第5章 康复训练系统测试

5.1 引言

5.2 主动康复训练系统性能测试

5.3 康复手套与示教康复系统的性能测试

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果