基于虚拟现实技术的机器人按摩示教系统

摘要

随着机器人高新技术的发展，机器人的应用领域不再局限于制造业，其在服务领域的应用日益受到人们的关注，特别是在医疗外科机器人方面，已形成研究热点。将中医按摩保健治疗这一古老而又具有意义的工作变为由机器人来代替实现，可以有效缓解目前医疗保健资源约束、社会人口结构老龄化等日趋严重的问题。
　　 本课题阐述的内容是“基于虚拟现实技术的机器人按摩示教系统”，该课题是“国家863计划--中医按摩机器人”项目的重要组成部分。本课题提出一种新型的基于三维模型的中医按摩机器人系统，应用先进的虚拟现实技术创建被按摩对象的三维虚拟人体形态和穴位分布图。医疗监视人员通过动态浏览、查询和分析三维虚拟人体相关的信息，可以操纵中医按摩机器人为患者提供科学、有效地按摩治疗.该机器人系统可以通过腰椎部位的揉、滚、按和下肢的捏拿、振动等中医按摩手法实现老年人腰腿疼痛治疗与保健等功能。
　　 本课题的主要研究内容有：
　　 (1)创建基于虚拟现实技术的三维人体形态和穴位分布图，该穴位分布图能够直观完整的展现人体的主要穴位分布。
　　 (2)完成穴位的定位和信息显示。穴位的定位主要是基于BP神经网络算法，信息的显示用VC编程实现。
　　 (3)按摩机器人按摩示教功能的实现。首先由操作人员通过操纵手柄遥控操作机器人实现一些按摩手法，然后由机器人自动完成相同按摩动作。这一部分包括硬件电路和软件程序的设计。
　　 (4)中医按摩机器人运动学分析以及按摩机械臂运动轨迹规划。
　　 (5)中医按摩机器人总控系统的介绍以及部分功能的实现。
　　 本机器人按摩示教系统结合了中国古老传统的按摩手法、先进的机器人技术和三维虚拟人体技术，能够将按摩穴位情况通过三维人体及时地反馈给监视人员。监视人员通过动态浏览、查询和分析与三维对象相关的信息，可以操纵机器人为患者穴位按摩提供决策支持，对患者进行科学有效地医疗按摩，较具人性化，具有社会推广价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 虚拟现实技术在机器人中的应用

1.2.1 虚拟现实技术简介

1.2.2 虚拟现实技术在机器人领域的应用

1.2.3 虚拟现实的关键技术

1.2.4 虚拟现实与视景仿真和三维动画的比较

1.3 国内外的研究现状,发展动态

1.4 课题来源及研究内容安排

第2章 系统总体方案设计

2.1 系统的主要功能

2.2 虚拟现实技术

2.2.1 三维视觉的建模

2.2.2 虚拟环境平台

2.3 主手操作系统设计

2.3.1 主手操作系统组成部分

2.3.2 主芯片ATmega8L介绍

2.4 穴位定位以及分布式算法

第3章 系统实现

3.1 虚拟环境人体建模的实现

3.2 穴位信息交互

3.3 人体穴位分布式算法的实现

3.4 操纵手柄外围电路部分硬件设计

3.4.1 电路功能说明

3.4.2 电源电路

3.4.3 复位电路

3.4.4 串口电路

3.5 SP I协议

3.6 操纵手柄使用说明

第4章 按摩机械臂的运动学分析及轨迹规划

4.1 运动学方程的建立

4.1.1 向量方程的推导

4.1.2 动力学方程的推导

4.2 轨迹规划

第5章 总控人机交互界面系统介绍

5.1 界面示教

5.2 管理治疗方案

5.3 治疗方案选择

5.4“使能”菜单

5.5 数据管理

5.6 总控系统的通信

5.7 总控系统的信息管理

5.8 三维模型的通信

第6章 总结与展望

6.1 全文总结与主要研究成果

6.2 展望与改进

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况