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由脑卒中造成的脑神经损伤,导致偏瘫等后遗症患者逐年增多,患者生活不能自理,给患者家庭带来了沉重的负担,引发了一系列社会问题。研究发现脑卒中患者可以通过康复运动训练恢复其运动能力,又有研究表明康复运动训练过程中人的主观运动意愿可以加快人运动神经的重新构建,为把虚拟现实技术用于上肢康复机器人的康复训练手段提供了医学理论基础。本文将虚拟现实技术与上肢康复训练技术相结合,在上肢康复机器人系统中加入虚拟游戏场景,让患者在康复运动中能够与虚拟游戏场景实现交互,提高患者的康复训练积极性和主动性。首先,在对虚拟现实技术和上肢康复理论进行深入研究的基础上,规划出与本课题上肢康复机器人相配套的两个虚拟游戏场景,即弹球虚拟游戏场景与旋转立方体虚拟游戏场景。两个场景都能够训练上肢的肩关节屈伸、内收外展、内外旋和肘关节的屈伸动作。选取患者康复训练动作运动参数(关节活动度和运动速度)来控制虚拟游戏场景中的被控对象,实现人与虚拟场景的交互。其次,建立虚拟游戏场景程序框架,按照规划的虚拟游戏场景,扩充框架完成弹球虚拟游戏场景与旋转立方体虚拟游戏场景的构建。基于OpenGL图形库,VC++开发平台构建虚拟场景,在VC++中调用OpenGL图形库,通过配置GLFW库与GLEW库管理OpenGL上下文和函数指针,采用OpenGL的核心渲染模式完成虚拟游戏场景的构建。再次,将交互系统与机器人控制系统相结合,实现虚拟游戏场景与患者训练动作的交互。将虚拟游戏场景封装成DLL文件供上位机LabVIEW调用,DLL文件中有虚拟游戏场景函数接口和通信函数接口。上肢康复机器人辅助患者进行康复动作,下位机采用角位移传感器采集训练时机器人关节的角位移与运动时间参数,经串口发送到上位机,上位机接收到参数后经DLL文件中通信函数接口与虚拟游戏场景通信,完成患者训练动作与虚拟游戏场景的交互。最后,实验验证。将本文开发研究的虚拟场景交互系统应用于上肢康复机器人,并进行实验,结果表明能够实现康复运动过程中患者与虚拟场景的良好交互,为后续研究奠定基础。