[发明专利]基于虚拟现实的绳索驱动上肢康复训练机器人系统及其使用方法

说明书

本发明公开一种基于虚拟现实的绳索驱动上肢康复训练机器人系统及其使用方法，包含七自由度上肢康复训练机器人本体、虚拟现实康复训练系统，能够实现上肢运动功能障碍患者的肩关节外展/内收、外旋/内旋、屈/伸，肘关节屈/伸，前臂内旋/外旋以及腕关节外展/内收、屈/伸康复训练，通过一种肩关节运动中心定位方法，能够确保康复训练安全性，提高康复训练机器人控制精度；虚拟现实康复训练系统通过康复训练机器人上安装的姿态传感器以及Kinect双目视觉传感器进行人体上肢姿态识别，并作为虚拟现实场景的输入，通过与上肢运动训练相关的游戏，提升康复趣味性以及康复效率。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟现实的绳索驱动上肢康复训练机器人系统，用于上肢受伤患者的上肢主被动康复训练，属于医疗保健器械。

背景技术

医学理论实践证明，对上肢受伤患者，进行康复训练是恢复其上肢运动功能的有效途径。使用康复训练机器人对患者的康复训练能够有效的降低患者经济压力，提高康复训练效率，现有康复训练机器人存在造价高昂、体积巨大以及人机交互不友好等不足之处。且科学研究表明，虚拟现实技术的应用能够增加患者康复训练的积极性，提高训练效率。所以研制一种低成本、轻量化、人机交互友好且具备虚拟现实康复训练功能的上肢康复训练机器人系统具有迫切的实际意义以及较高的价值。

发明内容

发明目的：本发明于提供一种基于虚拟现实的绳索驱动上肢康复训练机器人系统及其使用方法，基于虚拟现实场景实现上肢运动功能障碍患者的肩关节外展/内收、外旋/内旋、屈/伸，肘关节屈/伸，前臂内旋/外旋以及腕关节外展/内收、屈/伸康复训练，且通过一种肩关节运动中心定位方法，能够确保康复训练安全性，提高康复训练机器人控制精度。

技术方案：本发明的一种基于虚拟现实的绳索驱动上肢康复训练机器人系统，包括机器人本体以及虚拟现实康复训练系统，所述机器人本体包括支架、上臂模块、前臂模块和手部模块；所述支架与地面相对固定并支撑整体重量，所述上臂模块包括上臂外环和上臂内环，所述前臂模块包括前臂外环和前臂内环，上臂内环和前臂内环内侧壁分别装有第一气囊和第二气囊，两个气囊与人体紧密结合，上臂模块和前臂模块之间通过肘部支架相连接；整个机器人本体通过一组绳索组件和对应的直流电机实现驱动；所述虚拟现实康复训练系统包括主机和Kinect双目视觉传感器；

其中，所述机器人本体辅助使用者进行康复训练，Kinect双目视觉传感器c采集使用者姿态信息并将该信息传输至主机处理，主机运行虚拟现实场景，通过Kinect双目视觉传感器采集的姿态信息实现使用者与虚拟场景的交互。

其中，虚拟现实康复训练系统中的虚拟现实交互游戏与康复机器人本体相适配，交互运动与康复机器人本体的各关节自由度一一对应，且通过康复机器人本体上的姿态传感器协同Kinect进行交互输入以提高输入精度。