CN114053089A - 一种基于物理引擎的肢体康复系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于物理引擎的肢体康复系统及其使用方法，系统包括安装有物理引擎的计算机、视觉展示单元、肢体驱动电机、电机驱动、肢体控制单元、肢体转动信号采集单元，所述计算机分别与肢体控制单元、视觉展示单元信息交互，所述电机驱动、肢体转动信号采集单元分别与肢体控制单元对应端口连接，所述电机驱动与肢体驱动电机连接。本申请通过物理引擎通过模拟各种需要训练的场景，并且给出每一个对应时刻对应的肢体的转动角度或力矩信号，训练使用的各种设备获得不同时刻的肢体转动角度活力矩信号后，驱使对应的肢体做相应的运动，并且通过视觉展示单元展示物理引擎模拟出的场景，通过视觉和肢体的配合，来增加训练的趣味性和交互性。

Description

一种基于物理引擎的肢体康复系统及其使用方法
技术领域
本发明属于机器人的技术领域，尤其涉及一种基于物理引擎的肢体康复系统及其使用方法。
背景技术
随着机械与电子技术发展，机械康复设备在医疗领域发挥越来越重要的作用。在偏瘫康复领域，使用上下肢康复设备配合肢体运动是一种常用的康复治疗手段，可以帮助患者回复神经和肌肉机能。
目前上下肢训练器采用的训练模式普遍是被动训练、主动训练，这些训练方式没有良好的趣味性和交互性。
发明内容
为了提高肢体训练的趣味性和交互性，为此，本发明提出了一种基于物理引擎的肢体康复系统及其使用方法，具体方案如下：
一种基于物理引擎的肢体康复系统，包括安装有物理引擎的计算机、视觉展示单元、肢体驱动电机、电机驱动、肢体控制单元、肢体转动信号采集单元，所述计算机分别与肢体控制单元、视觉展示单元信息交互，所述电机驱动、肢体转动信号采集单元分别与肢体控制单元对应端口连接，所述电机驱动与肢体驱动电机连接。
使用上述一种基于物理引擎的肢体康复系统的方法，包括以下步骤：
S1、在计算机中建立物理引擎的软件，为肢体动作每一步动作提供索引，用户使用肢体设备并安装康复系统；
S2、肢体控制系统发送力矩信号至计算机和电机驱动，计算机内的物理引擎根据当前力矩信号计算出下一时刻的目标角度，电机驱动根据当前的力矩信号向肢体驱动电机输出当前对应肢体的目标角度；
S3、肢体转动信号采集单元采集当前肢体转动角度，然后上传到肢体控制单元中，肢体控制单元对角度数据进行处理后发送到计算机的物理引擎中，物理引擎输出下一时刻的目标角度至肢体控制单元，肢体控制单元将目标角度进行处理获得下一时刻的力矩信号，然后进入步骤S2。
具体地说，步骤S3中肢体控制单元获得物理引擎输出的下一时刻的目标角度后，肢体控制单元将下一时刻的目标角度与当面目标角度做差后乘以系数K，获得下一时刻对应的力矩信号。
具体地说，所述物理引擎包括路况信息。
具体地说，所述物理引擎的软件中使用车轮模拟肢体。
本发明的有益效果在于：本申请通过物理引擎通过模拟各种需要训练的场景，并且给出每一个对应时刻对应的肢体的转动角度或力矩信号，训练使用的各种设备获得不同时刻的肢体转动角度活力矩信号后，驱使对应的肢体做相应的运动，并且通过视觉展示单元展示物理引擎模拟出的场景，通过视觉和肢体的配合，来增加训练的趣味性和交互性。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于物理引擎的肢体康复系统的模块图。
图2为本发明提出的一种基于物理引擎的肢体康复方法的流程图。
1、计算机；2、肢体控制单元；3、肢体转动信号采集单元；4、电机驱动；5、肢体驱动电机；6、视觉展示单元。
具体实施方式
如图1所示，一种基于物理引擎的肢体康复系统，包括安装有物理引擎的计算机1、视觉展示单元6、肢体驱动电机5、电机驱动4、肢体控制单元2、肢体转动信号采集单元3，所述计算机1分别与肢体控制单元2、视觉展示单元6信息交互，所述电机驱动4、肢体转动信号采集单元3分别与肢体控制单元2对应端口连接，所述电机驱动4与肢体驱动电机5连接。
所述视觉展示单元6为病患提供动作指导，让病患保证眼和四肢的协调性。所述肢体驱动电机5、电机驱动4来辅助病患运动达到设定的位置，所述肢体控制单元2控制电机驱动4的动作，肢体转动信号采集单元3采集对应肢体的动作情况，防止动作产生偏差，为下一时刻的动作提供补偿或修正提供依据。
如图2所示，使用上述一种基于物理引擎的肢体康复系统的方法，包括以下步骤：
S1、在计算机1中建立物理引擎的软件，为肢体动作每一步动作提供索引，用户使用肢体设备并安装康复系统；所述物理引擎包括路况信息，使用车轮模拟肢体，路况信息如上坡、下坡等，物理引擎会模拟小车在虚拟世界里的受力情况。物理引擎将上下肢设备返回的力矩信息通过物理引擎接口作用到车轮上，即可实现车轮和上下肢康复设备的绑定。
S2、肢体控制系统发送力矩信号至计算机1和电机驱动4，计算机1内的物理引擎根据当前力矩信号计算出下一时刻的目标角度，电机驱动4根据当前的力矩信号向肢体驱动电机5输出当前对应肢体的目标角度；
S3、肢体转动信号采集单元3采集当前肢体转动角度，然后上传到肢体控制单元2中，肢体控制单元2对角度数据进行处理后发送到计算机1的物理引擎中，物理引擎输出下一时刻的目标角度至肢体控制单元2，肢体控制单元2将目标角度进行处理获得下一时刻的力矩信号，然后进入步骤S2。肢体控制单元2获得物理引擎输出的下一时刻的目标角度后，肢体控制单元2将下一时刻的目标角度与当面目标角度做差后乘以系数K，获得下一时刻对应的力矩信号。
通过以上流程就可以将物理引擎世界里的车轮和肢体康复设备上的驱动电机进行位置和力矩绑定，上下肢康复设备上的作用力将会作用在物理引擎里的车轮上，同时物理引擎车轮上的受力也会反作用到上下肢康复设备上。本申请实现了物理引擎和康复设备二者的位置和力矩绑定，增强患者训练的趣味性和交互性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于物理引擎的肢体康复系统，其特征在于，包括安装有物理引擎的计算机(1)、视觉展示单元(6)、肢体驱动电机(5)、电机驱动(4)、肢体控制单元(2)、肢体转动信号采集单元(3)，所述计算机(1)分别与肢体控制单元(2)、视觉展示单元(6)信息交互，所述电机驱动(4)、肢体转动信号采集单元(3)分别与肢体控制单元(2)对应端口连接，所述电机驱动(4)与肢体驱动电机(5)连接。
2.使用权利要求1所述的一种基于物理引擎的肢体康复系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在计算机(1)中建立物理引擎的软件，为肢体动作每一步动作提供索引，用户使用肢体设备并安装康复系统；
S2、肢体控制系统发送力矩信号至计算机(1)和电机驱动(4)，计算机(1)内的物理引擎根据当前力矩信号计算出下一时刻的目标角度，电机驱动(4)根据当前的力矩信号向肢体驱动电机(5)输出当前对应肢体的目标角度；
S3、肢体转动信号采集单元(3)采集当前肢体转动角度，然后上传到肢体控制单元(2)中，肢体控制单元(2)对角度数据进行处理后发送到计算机(1)的物理引擎中，物理引擎输出下一时刻的目标角度至肢体控制单元(2)，肢体控制单元(2)将目标角度进行处理获得下一时刻的力矩信号，然后进入步骤S2。
3.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，步骤S3中肢体控制单元(2)获得物理引擎输出的下一时刻的目标角度后，肢体控制单元(2)将下一时刻的目标角度与当面目标角度做差后乘以系数K，获得下一时刻对应的力矩信号。
4.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，所述物理引擎包括路况信息。
5.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，所述物理引擎的软件中使用车轮模拟肢体。
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