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下肢康复机器人的训练规划与康复效果评估

作　者: 周鑫
导　师: 刘天孚
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 下肢康复机器人训练规划康复效果评估 OpenGL 3ds Max
分类号: R49
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 30次
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内容摘要

康复训练机器人技术是近年来迅速发展起来的一门新兴技术,是机器人技术在医学领域的应用。卧式下肢康复训练机器人是一种新型的康复训练机人,它模拟正常人在仰卧时屈伸腿的动作,可以对下肢有运动障碍的病人进行下肢康复训练。卧式下肢康复机器人控制系统的研究,对于国内康复机器人的发展有着积极的意义。由于虚拟现实有其独特的视觉冲击力,已成为当今流行的前沿技术之一,将虚拟现实应用到机器人控制技术上是现今研究的热点,借助计算机,可将机器人的工作状态直观的显现在患者和研究者面前,这更加便于患者接受治疗以及专家学者的研究,它的不断发展更具有实际意义。本文首先通过对比常见的虚拟现实技术制作方法,确定出了合理的建模方法,结合OpenGL和3ds Max两者的优点,先建立较精确的人体下肢肌肉骨骼和下肢康复机器人姿态机构模型,然后利用Visual C++开发环境获取模型数据,在OpenGL中进行绘制并交互控制。其次分析下肢康复训练机器人的被动运动工作方式,计算出机器人踏板带动踝关节做往复运动时,下肢肌肉骨骼模型顶点的运动方式,借此模拟出下肢康复训练机器人被动运动时人体肌肉骨骼的变化。然后分析下肢康复训练机器人的被动运动工作方式,计算出患者自主运动时,下肢肌肉和骨骼的运动方式,模拟出下肢康复训练机器人被动运动时人体肌肉骨骼的变化。最后分析了几种康复效果评定参数的应用,展望了下肢康复训练机器人仿真程序的进一步完善的方向。可以利用人体运动下肢肌肉力优化求解模型仿真求解运动期间各肌肉力的分布情况,分析模型中某些参数对肌肉力的影响,比较各种结果,以期达到较好的优化性能,训练中可参考这些数据有针对性地进行肌肉力量训练或改进技术动作。

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摘要 5-6Abstract 6-9第1章绪论 9-19 1.1 概述 9-10 1.2 课题研究背景及意义 10-11 1.3 国内外相关研究现状综述 11-18 1.3.1 下肢康复机器人的研究进展 12-14 1.3.2 康复机器人训练规划研究进展 14-17 1.3.3 康复机器人效果评估研究进展 17-18 1.4 论文研究的主要内容 18-19第2章下肢康复机器人虚拟建模 19-33 2.1 人体下肢运动系统的分析 19-22 2.2 建模方法的选择 22-26 2.3 人体下肢运动系统模型的建立 26-32 2.3.1 人体下肢运动系统3ds Max模型的建立 26-27 2.3.2 将3DS模型读入OpenGL程序 27-32 2.4 下肢康复机器人模型的建立 32 2.5 本章小结 32-33第3章下肢康复训练机器人被动运动仿真 33-47 3.1 下肢康复机器人工作方式概述 33-34 3.2 下肢康复机器人被动运动分析 34-38 3.2.1 下肢骨骼运动分析 34-36 3.2.2 下肢肌肉运动分析 36-38 3.3 下肢康复机器人被动运动仿真 38-46 3.3.1 OpenGL建模技术概述 38-40 3.3.2 OpenGL中三维图形的坐标与坐标系 40 3.3.3 OpenGL中三维图形的输出过程 40-46 3.4 本章小结 46-47第4章下肢康复训练机器人主动运动仿真 47-55 4.1 下肢康复机器人主动运动分析 47-51 4.1.1 骨骼肌力学分析 47-51 4.1.2 下肢骨骼肌主动运动分析 51 4.2 下肢康复机器人主动运动仿真 51-54 4.3 本章小结 54-55第5章下肢康复训练机器人康复效果评估 55-61 5.1 康复效果评估方法概述 55-57 5.1.1 肌张力分析 55-56 5.1.2 肌力的分析 56-57 5.2 下肢康复机器人康复效果评估 57-60 5.3 本章小结 60-61结论 61-63参考文献 63-67攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 67-69致谢 69

下肢康复机器人的训练规划与康复效果评估

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