柔性上肢康复机器人研究中的VR技术

上肢康复机器人用于对脑卒中患者进行上肢康复治疗，能够维持和扩大患者关节活动度、增强肌肉力和协调性，以防止肌肉萎缩、关节痉挛等各类症状的出现，最终重建肢体功能，以便回归正常生活。
现有的上肢康复机器人训练模式单一、结构复杂、控制难度大，基于此现状，重庆理工大学杨岩教授团队设计了一款由绳牵引的柔性上肢康复机器人。这款柔性上肢康复机器人结合了虚拟现实（VR）技术，为患者在安全和可靠的治疗环境中提供具有特定任务的重复训练，允许患者尝试不同的场景和不同的任务，增加了康复治疗的趣味性。

在虚拟现实技术的运用中，为获得患者上肢（腕关节和肘关节）在空间中的运动坐标信息，研究人员使用了NOKOV（度量）光学三维动作捕捉系统。

利用大量患者上肢康复过程中的训练数据，拟定适合患者上肢运动的速度为 V0。柔性上肢康复机器人进行主动康复训练，通过NOKOV度量动作捕捉系统实时测量上肢在运动空间的位置变化参数。

在CPAC控制器里，计算动作捕捉系统中每一帧的空间坐标变化量（V），并且与拟定的速度（V0）进行比较。当测得患者上肢运动速度 V < V0时，表示患者自主运动能力不足，需要在康复机器人的牵引下进行运动训练，CPA控制发出脉冲信号，驱动末端执行机构，使得绳索牵引上肢运动。当上肢运动速度 V ≥ V0时，表示患者能够自主运动，故末端执行机构跟随上肢，做主动运动。

当通过NOKOV度量动作捕捉系统获取上肢运动的空间坐标位置后，利用SDK插件，在Unity中读取空间坐标位置，并转化为虚拟动态模型节点坐标系，实现虚拟现实运动交互。

​参考文献：[1]杜豪,杨岩,张成杰.虚拟现实技术在柔性上肢康复机器人中的应用[J].计算机工程与应用,2020,56(24):260-265.