康复用虚拟现实健身车的技术基础

生物医学工程学杂志

J B i om ed Eng

　1999∶16(4)∶453～457

康复用虚拟现实健身车的技术基础3

黄靖远　刘宏增　凌　迪　许怡然　孙　镪

(清华大学精密仪器系,北京　100084)

摘要　简单地介绍了该项研究的工程背景以及康复用虚拟现实健身车的结构和所能实现的功能,并着重探讨了虚拟现实生成的关键技术。该车可以使患者根据自己的具体情况来选择适当的训练方式,集心理治疗和康复训练于一体,让患者在轻松输快的环境中锻炼,进而加快康复进程。

关键词　虚拟现实　康复　健身车　阻力模拟

Som e Ba sic Techn iques of V irtua l Rea l ity Body Hea lth i ness

Veh icles for Rehab il ita tion

Huang J i ngyuan　L iu Hongzeng　L i ng D i　Xu Y iran　Sun Qi ang

(D ep a rt m en t of P recision Instrum en ts and M echan is m of T sing hua U n iversity,B eij ing　100084)

Abstract　Som e know2how techniques of virtual reality rehabilitati on veh icles are discussed in th is paper after a brief introducti on of the app licati on background and the structure and functi ons of the ve2

h icles.T h is k ind of veh icles can be used fo r p sycho logical treatm ent during rehabilitati on.Pateints can

select different modes of physical exercises acco rding to their individual situati ons,and therefo re they can get rehabilitati on m uch faster and mo re easily than tho se under the traditi onal treatm ents.

Key wrods　V irtual reality R ehabilitati on Body health iness veh icle R esistance si m ula2 ti on

1　引　言

康复治疗旨在通过物理疗法、体育疗法、生活训练、技能训练和心理训练等多种手段,使伤残者、慢性病患者、低能畸形患者、老年人和手术后患者得到最大限度的恢复,使身体的部分功能或全部功能得到最充分的恢复,以达到最大可能的生活自理、劳动和工作能力。

我国目前每年都有数十万肢体伤残患者,

3自然科学基金资助项目(39370784)他们在进行手术或药物治疗后,都需要进行康复治疗。康复医疗工作者已经在帮助患者恢复功能方面作了很多工作,但由于客观条件的限制,在康复医疗方面还有一些不尽如人意的缺憾。

对下肢伤残或下肢手术后需进行恢复的患者,最有效的康复方法是体育疗法,即通过被动运动、辅助运动、主动运动和抵抗运动尽可能恢复肌肉的运动能力。通常,这些训练工作主要是依靠理疗师和简单的器械完成,这给医疗工作者带来很大的负担,因为任何一个患者的恢复

都必须由一个理疗师来辅助完成,而且训练过程单调无趣,患者总是处于被动状态,训练程度不容易被理疗师及时地了解,还不能做到将功能评测、运动疗法和心理疗法有机地结合在一起。

因此,我们迫切需要这样一种康复器械,它引入计算机技术,在患者训练前、训练中和训练后,对患者受损部位的功能有一个客观的评定,以帮助患者确定训练的步骤和强度,如关节活动度、训练方法、时间长短、强度大小等。这样可

以实时地调整训练计划和训练强度。而且,利用

计算机的优势,还可以同时对患者进行心理治疗,不断地给患者以正确的心理暗示和鼓励,并配以优美的音乐和图像,增加训练的乐趣,起到事半功倍的效果。我们目前正在研究的正是这样一种康复用虚拟现实健身车。

2　康复用虚拟现实健身车的结构

结构简图如图1所示

图1　康复用健身车的整体结构简图

F ig 1　Sketch of the v irtual reality rehabilitation vehicle

其中thereinto :1-支架bracker ;2-后轴back shaft ;3-后轴承座back bearing ;4-座椅chair ;5-操作手柄m ani pulating

handle ;6-显示器disp lay ;7-前轴front bearing ;8-前轴承座front bearing ;9-阻力模拟器resistance si m ulato r ;10-摆架s w inging bracket ;11-转向机构steering m echanis m

它包括四大部分:

支架部分:它是健身车的支撑部分,在其上面安装其他的部件及控制电路。它是由不锈钢管通过焊接而成的一个框架1,在其两端各有一个轴承座3和8,以安装转动座椅部分。

转动部分:为了更逼真的地模拟自由骑行时转弯时的感觉,我们设计了这个转动座椅部分,当人操作转向杆5转向时,转向杆会通过一套滑轮机构带动转动部分绕水平轴转动,用来模拟人自然骑行转弯时的身体倾斜。

阻力模拟部分:这是康复用健身车的核心部分,它已经被设计成一个模块,可以自由地拆

卸和安装,为了适应不同身高人的使用,这部分是可以在旋转架上前后调整移动的,关于这部分的工作原理将在下一节将另行探讨。

虚拟现实产生器:通过计算机,引入虚拟现实技术,使患者在训练过程中可以选择不同的场景,产生很强的临境感和沉浸感,可以在很大程度上增加使用者的兴趣,在训练的同时可欣赏风景和音乐,同时使心理疗法成为可能。

3　虚拟现实健身车功能简介

原有康复器械由于结构的限制,使用效果不是十分理想。首先,它们往往只是简单的动力

454生物医学工程学杂志 第16卷