基于Kinect 体感器的康复机械手臂系统算法设计与实现

杨文璐，李唯杰

（上海海事大学 信息工程学院，上海 201306）

医学理论和临床医学证明,除了手术治疗和药物治疗外,科学的康复训练对中风偏瘫患者的肢体运动控制功能的康复起着重要的作用[l—3]。科学康复训练可以恢复患者部分或者全部的运动控制功能[4]。

传统的康复型机械手臂能够帮助中风患者进行被动康复训练，但也存在如下不足：首先，训练师需要手动键入控制参数，无法使用直观的自身动作进行机械手臂的操控；其次，传统康复型机械手臂虽然可以实现前屈、后伸、外展、内收、上举以及旋转等简单动作[5]，但训练动作模式固定，运动轨迹单一，无法完成非常规动作的训练；最后，传统机械臂分步动作衔接时机械停顿感强，患者使用体验差。

本系统的创新之处有：现有Kinect体感器的研究中，缺乏运用到康复型机械手臂的案例，并且缺乏对速度控制的分析论述[6]；本系统Kinect体感器控制的康复型机械臂除转动角度控制外，通过输入信息与反馈信息比较的方法，获得转动角速度控制参数，使机械手臂平滑运动，有效降低机械停顿感，使患者在使用时更加舒适自然；可控制机械手臂完成非常规动作，多自由度动作的同时协调运动，提高患者康复效果。

1 康复型机械手臂与Kinect体感器

康复机械臂结构图如图1所示。此机械臂共有3个旋转自由度，实现肩关节上下旋转、前后旋转和肘关节屈伸旋转，并且可以模仿人体手臂的运动，此特点区别于其他类型的工程机械臂[7-8]。……