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基于虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

作者: 時間:2010-03-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

其中 w為接收到的機(jī)械臂角度值,shippositon為經(jīng)過換算后的擋板在屏幕上位置的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)值。將機(jī)械臂角度值轉(zhuǎn)化為虛擬環(huán)境中水平擋板的實(shí)際位置值,最后傳送至 Moveship()函數(shù)中完成移動擋板,碰撞檢測,刷新場景等流程。水平擋板在程序運(yùn)行開始后初始化在視圖區(qū)域中間位置,即機(jī)器人機(jī)械臂 90度位置。當(dāng)病人左右移動機(jī)械臂時,由下位機(jī)根據(jù)與 90度位置偏離程度的大小,通過計(jì)算輸出相應(yīng)大小的阻尼力。程序一共分為三個難度等級,每一難度等級的磚塊全部擊打完畢并進(jìn)入下一難度等級。每增加一級,程序會加速小球的下落速度來提高游戲難度。運(yùn)行時程序同時記錄病人的得分情況和游戲生命值。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/166749.htm


2.2配合主動模式的輔助軟件設(shè)計(jì)
2.2.1 主動模式介紹 該訓(xùn)練模式適用于病情比較輕的患者,這些的患者的患肢雖然有些運(yùn)動障礙,但是沒有完全喪失運(yùn)動能力,因此可以通過設(shè)計(jì)一些具有良好交互性的虛擬場景游戲,使患者完全自主地利用機(jī)器人進(jìn)行鍛煉。
2.2.2程序設(shè)計(jì)

整個軟件采用VC++6.0創(chuàng)建的 win32 application應(yīng)用程序,調(diào)用 OpenGL的庫函數(shù)開發(fā)。軟件所涉及的帶有貼圖的 3D模型和其他圖形素材,采用了現(xiàn)成的資源,這樣既保證了圖形圖像的質(zhì)量又提高了開發(fā)效率。該輔助訓(xùn)練軟件結(jié)合主動訓(xùn)練模式,給病人提供了寬廣的 3D虛擬場景,通過訓(xùn)練臂,并輔助一個羅技游戲搖桿進(jìn)行漫游,患者通過機(jī)械臂控制場景人物平面方位角的改變,輔助游戲搖桿負(fù)責(zé)場景人物的前進(jìn),后退,俯仰角度以及射擊擊發(fā)?;颊咝枰瓿傻慕换ビ?xùn)練任務(wù)是盡快在該場景中找出移動的目標(biāo)靶并射擊命中。如圖 4所示:

該程序首先由 Win32應(yīng)用程序框架中的WinMain()函數(shù)提供程序的入口。當(dāng)窗口成功建立時,MsgProc()窗口回調(diào)函數(shù)調(diào)出OpenGL框架中Init()函數(shù)對OpenGL視圖進(jìn)行變換調(diào)整。Windows窗口生成后就進(jìn)入 GameLoop()主循環(huán)中,在此一直循環(huán)調(diào)用 OpenGL框架中的Render()函數(shù)進(jìn)行我們需要的圖形場景處理和顯示,程序退出時,調(diào)用 CleanUp()清除OpenGL連接。在交互方面,程序初始化時采用 Winsock 2.0建立了套接字,通過局域網(wǎng)接收下位機(jī)傳送的機(jī)械臂位置數(shù)據(jù),通過計(jì)算轉(zhuǎn)化為場景人物的平面旋轉(zhuǎn)角度。從而達(dá)到實(shí)時交互的目的。前進(jìn)后退,俯仰角度的改變以及子彈的發(fā)射,采用鍵盤按鍵消息事件的方式實(shí)現(xiàn),再通過游戲搖桿驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)響應(yīng)的按鍵,達(dá)到搖桿輔助控制的目的。程序分別使用mciSendString函數(shù)和 sndPlaySound函數(shù)來實(shí)現(xiàn)游戲過程中的各種音效。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
進(jìn)行訓(xùn)練時,病人的手固定在訓(xùn)練牽引機(jī)械臂的托盤上,醫(yī)生通過上位機(jī)界面(醫(yī)生端)分別設(shè)置運(yùn)動模式為主動訓(xùn)練和抗阻訓(xùn)練,并調(diào)用相應(yīng)的輔助訓(xùn)練程序進(jìn)行交互式康復(fù)訓(xùn)練,結(jié)果明顯提高了病人參與康復(fù)訓(xùn)練的積極性,訓(xùn)練時間明顯增加,同時病人也能保持興奮愉快的狀態(tài)。病人訓(xùn)練的同時,上位機(jī)界面實(shí)時曲線繪制正常,在阻抗訓(xùn)練模式下實(shí)時訓(xùn)練參數(shù)曲線繪制如圖 5所示,能較為準(zhǔn)確的反映病人的訓(xùn)練狀態(tài)。訓(xùn)練結(jié)束后打開病案數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)記錄表,可以看到位置數(shù)據(jù)和力度數(shù)據(jù)記錄正確。


5、總結(jié)
綜上所述,本康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人采用的上下位機(jī)聯(lián)合的方式,通過設(shè)計(jì)兩種技術(shù)的互動訓(xùn)練程序,為患者的康復(fù)訓(xùn)練提供了一個生動的平臺,將患者從枯燥乏味的康復(fù)訓(xùn)練中解放出來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,所設(shè)計(jì)的輔助訓(xùn)練程序能夠較好的配合患者進(jìn)行主動訓(xùn)練和抗阻訓(xùn)練模式的要求。在以后的研究中,還需要針對網(wǎng)絡(luò)時延對病人與虛擬環(huán)境交互實(shí)時性的影響進(jìn)行進(jìn)一步的克服和改進(jìn)。
本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)是:本文針對中風(fēng)病人和上肢受傷病人在傳統(tǒng)的康復(fù)器械的訓(xùn)練中,人機(jī)之間缺乏良好的互動性以及訓(xùn)練模式內(nèi)容枯燥乏味的缺點(diǎn),開發(fā)了一種新穎的虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的上肢輔助康復(fù)訓(xùn)練。該配合康復(fù)訓(xùn)練的主動模式和阻抗模式,可以對病人進(jìn)行具有趣味性和良好交互性的康復(fù)訓(xùn)練過程。


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