肩部、肘部等上肢相關疾病的發(fā)病率日漸增高,上肢偏癱、肩周炎、肩部骨折、高爾夫肘等疾病嚴重影響人民健康和生活質(zhì)量,人們對于科學的上肢康復訓練的需求也越來越高。上肢康復訓練主要分為被動康復和主動康復兩種方式。被動康復,指通過外力牽引活動患者的上肢達到康復訓練目的,有助于患者恢復上肢機能。主動康復,指患者自身發(fā)力對抗重力或者適當?shù)淖枇磉_到康復目的。對于術后后期康復,以及頸椎病、肩周炎等疾病,主動康復都能達到比較好的康復效果。患者自行進行主動、被動康復訓練往往存在動作不規(guī)范,效果難以評價等問題。因此,本文設計的智能上肢康復訓練系統(tǒng)分為被動和主動兩部分。對于被動康復部分,本文對已設計的五自由度上肢康復機械臂進行運動學分析,結合人體上肢結構和康復需求,設計了一套完整的運動控制方案并在Matlab和V-rep中進行仿真與驗證。對于主動康復部分,本文利用OpenPose進行二維人體姿態(tài)識別,并研究通過三維重建技術重建三維人體模型,接著將動態(tài)時間規(guī)整算法和隨機抽樣一致性算法用于動作流比對中,以評價主動訓練動作的標準程度。最后設計了一款基于虛擬交互的軟件用以指導、評價和記錄患者主動康復訓練。五自由度上肢...

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 智能被動康復訓練
        1.2.2 主動康復訓練
    1.3 現(xiàn)階段存在問題
    1.4 本文主要工作
第二章 五自由度機械臂運動控制分析與仿真
    2.1 五自由度機械臂機械結構
    2.2 機械臂運動學建模
        2.2.1 坐標系的建立方法
        2.2.2 機械臂DH參數(shù)
    2.3 康復機械臂前向運動學方程建立
        2.3.1 前向運動學方程
        2.3.2 Matlab驗證
    2.4 康復機械臂運動學逆解
        2.4.1 求解雅克比矩陣
        2.4.2 數(shù)值法運動學逆解
        2.4.3 Matlab計算
    2.5 結合人體模型分析
        2.5.1 人體模型建立
        2.5.2 解析法求解
        2.5.3 Matlab仿真
    2.6 軌跡規(guī)劃
    2.7 被動康復訓練控制方案
    2.8 本章小結
第三章 基于視覺的動作捕捉與姿態(tài)分析
    3.1 動作捕捉技術
        3.1.1 動作捕捉技術簡述
        3.1.2 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的動作捕捉
        3.1.3 基于OpenPose的動作捕捉
    3.2 相機標定
        3.2.1 相機模型及坐標系
        3.2.2 相機標定方法
        3.2.3 Matlab實現(xiàn)相機標定和校正
    3.3 人體三維運動捕捉
        3.3.1 兩相機協(xié)同拍攝
        3.3.2 人體模型三維重建
    3.4 本章小結
第四章 基于動作流相似性比對算法的運動評價
    4.1 動態(tài)時間規(guī)整算法
    4.2 隨機抽樣一致性算法
    4.3 DTW與 RANSAC結合算法
    4.4 實驗結果與分析
    4.5 本章小結
第五章 上肢主動康復訓練軟件設計與實現(xiàn)
    5.1 軟件架構
    5.2 各模塊詳細設計
        5.2.1 數(shù)據(jù)庫模塊
        5.2.2 標準動作模塊
        5.2.3 歷史記錄模塊
        5.2.4 個人信息模塊
        5.2.5 訓練交互模塊
    5.3 用戶操作流程
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀學位期間的學術成果



本文編號：3749455