基于Kinect的上肢运动康复交互系统研究

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在康复医疗领域,现在主要以人工和机器人辅助训练两种康复方法,人工辅助训练是康复教练一对一的对病患进行康复训练的指导,但现实中往往医疗资源匮乏,机器人辅助方式又会有造价昂贵、智能型单一等缺陷。提供一种具有良好的康复效果,又能解决医疗资源匮乏、维护成本低、造价低廉的康复训练系统是康复医疗领域重要的研究课题。为了解决上述问题,本文通过人机交互、动作识别技术和移动医疗有效结合研究运动康复交互系统。本文系统,分为康复病患、康复教练、主治医师三种角色,包括移动端、PC端和服务器端,PC端连接Kinect硬件设备和Unity3D捕获人体上肢三维坐标数据,通过控制虚拟人物进行康复运动,在虚拟场景中重建病患动作,连接服务器进行人体动作识别和评估,移动端部分实现不同角色之间信息交流,连接服务器达到信息的闭环和多终端协作。主要研究内容如下:1、研究特征提取方式:通过Kinect传感器获取人体深度图和骨架信息,研究人体关节点活动度测量方法,提取运动流的特征数据,采用霍尔特指数平滑方法对Kinect获得的特征数据进行预处理,防止噪声造成的抖动和跳跃等带来的运动失真。2、研究运动康复系统的交互形式:分析三种角色,设计基于不同角色的权限管理系统,研究系统功能逻辑。3、研究动作识别方法:通过改进的动态时间规整算法(STDTW)对动作流进行动作匹配,并通过K-means算法实现动作评估,有效并高效的实现康复训练中最关键的动作识别部分,通过算法的有效改进和融合,实现运动康复系统关键技术。4、研究系统中交互场景的构建:通过Unity3D建立虚拟人物、虚拟场景,病患在康复过程中操控虚拟人物将动作流重现在虚拟场景中展现,以三维场景形式给康复训练带来一定的趣味性,以提高训练兴趣和积极性。实验表明,使用本文的运动康复交互系统进行上肢康复训练可以达到预期效果,同时以三维场景形式训练也可以提高病患的训练积极性。
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