基于虚拟现实的手部多功能康复系统技术方案

本发明专利技术公开了一种手部多功能康复系统，包括摇杆装置、握力圈装置以及虚拟现实模块，所述摇杆装置与所述握力圈装置连接，一起用于操纵所述虚拟现实模块中的游戏角色，患手放置在握力圈凹槽中，产生握力或捏力并带动摇杆偏转，所述握力或捏力、以及摇杆偏转角度和速度被读取并传送给所述虚拟现实模块，操纵模块中的游戏角色完成游戏，实现对患手进行康复训练。本发明专利技术的康复系统为主动训练，且成本较低、操作简单，不需要医师的长期监护，可在家庭中自主使用，大大增大了其可应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人体上肢功能康复设备，具体是指一种手部多功能的康复系统。该系 统可辅助患者进行手部握力、捏力、腕关节灵活性、单个手指灵活性及手指协调性等的康复训练。
技术介绍
人手作为人体最重要的功能器官之一，其纵横交错的神经血管、遍布全手的小肌 肉导致手部外伤的治疗要求高、难度大、康复期长。同时人手也是极其容易损伤的器官之 一，手外伤可导致手部肌肉萎缩、关节僵硬等症状，严重影响正常的生活和工作。有研究指 出一定的辅助康复训练将有助于手外伤后手功能的康复。随着近年来一些伤病事故和中风 患者的增多，采用人工的康复训练效果不够理想、康复时间长、成本较高，越来越成为社会 和家庭的负担。针对以上问题，很多科研院校、公司和个人都努力尝试设计出一种能够替代人工 的手部功能康复训练设备，并取得了一定的成果。英国曼切斯特大学科研人员设计的一种 外骨骼式康复系统，采用模块化的设计思想，实现四个手指的康复运动。整个结构有三部分 组成外骨架模块、手套模块和电机驱动模块；哈尔滨工程大学研制的一种新型康复机械 手，采用齿轮转动，集成角度传感器和伺服电机等实现手指的运动。但是，目前这些设备具 有以下主要缺点未结合虚拟环境或所结合的虚拟环境沉浸感不足，一定程度上影响了康 复疗效；未提供准确的康复评价机制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于虚拟现实的手部多功能康复系统，该系统包含 摇杆装置、带有力传感器的握力圈装置，虚拟现实模块，能够完成针对患手握力、捏力、腕关 节灵活性、单个手指灵活性及手指协调性等的康复训练。此系统针对手外伤群体的兴趣进 行了问卷调查，并以此作为设计虚拟现实的依据，同时利用沉浸感的相关理论提高虚拟现 实的沉浸感，在康复过程中，还将对患手的信息进行实时的在线检测和存储，以用于虚拟现 实的实时响应和后期定量的康复评价，从而解决了现存设备虚拟现实沉浸感不足、未结合 准确的康复评价机制等问题。为实现本专利技术的目的所采用的具体技术方案为本专利技术基本包含三个部分摇杆装置、握力圈装置和虚拟现实模块。所述摇杆装置 与所述握力圈连接，患手放置在握力圈凹槽中，产生握力或捏力并带动摇杆偏转，力传感器 实时读取的患手握力或捏力，以及摇杆偏转角度的大小和速度，传送给所述虚拟现实模块， 以操纵模块中的游戏角色进行康复训练，同时该虚拟现实模块存储康复训练数据，以用于 训练后的康复评价。所述摇杆装置包括摇杆和底座，该摇杆固定在底座上，可在两维空间内偏转，其偏 转角度和速度用来控制虚拟现实模块中的游戏角色的位置和速度，以达到利用摇杆实时控制虚拟角色的目的，从而增强虚拟现实的沉浸感。此外，摇杆的偏转角度和速度也反映了患 手腕关节的灵活性，故亦可用于后期的康复评价。患手通过握取、捏取并移动握力圈使摇杆 偏转，从而使摇杆完成上述功能。所述的带有力传感器的握力圈装置是一个带有凹槽结构的圆环装置，患手可通过 握取、捏取握力圈以完成对患手握力、捏力的康复训练。握力圈上的力传感器为贴片式力传 感器，其贴在握力圈上的凹槽上，用于实时感应和读取患手的握力或捏力，用于后期的康复 评价和控制虚拟现实中的游戏角色。所述的虚拟现实模块包括虚拟游戏单元和存储单元，所述虚拟游戏单元提供虚拟 游戏，利用患手产生的握力或捏力以及患手腕关节转动对摇杆装置产生的角度和速度，相 应地控制游戏中的角色进行游戏，实现对患手的握力、捏力、单个手指灵活性、多手指协调 性以及腕关节灵活性等的康复训练。所述存储单元存储训练中产生的握力以及角度和速度 等数据，以用于后期的康复训练评价。虚拟游戏包括射击游戏、赛车游戏、手势变换游戏，分别用来对患手进行握力、捏 力、单个手指灵活性、多手指协调性以及腕关节灵活性等的康复训练。三个虚拟环境均是通 过问卷调查的方式，根据患者群体的兴趣进行开发设计。本专利技术的优点在于针对患者的兴趣设计虚拟环境，保证了虚拟环境的沉浸感， 并在具体康复训练过程中根据患者的人体指标不断优化虚拟环境的沉浸感，以提高康复效 果，缩短康复时间。整个训练过程均是针对患手的主动训练，很大程度上保证了康复过程的 安全性。此装置结构简单、设计巧妙，成本不高，有利于推广使用。另外，该专利技术从患手握力、捏力、手指灵活性等方面进行准确的康复评价，并结合 问卷调查、人体指标分析等定性和定量的方法对虚拟环境沉浸感模型的建立进行探讨，以 用于虚拟现实的不断优化和该专利技术装置的未来改进。本专利技术针对现有设备的以上缺陷公开了一种手部功能康复系统。它在降低设备成 本的同时，使用问卷调查、分析人体相关指标等方案提高所结合虚拟现实的沉浸感，并提供 了准确的康复评价机制。可完成对手部握力、捏力、单个手指灵活性、多手指协调性以及腕 关节灵活性等的康复训练，另外，本专利技术设计巧妙、结构简单，变被动训练为主动训练，基本 上杜绝了康复过程中的不安全因素。本专利技术提供的基于虚拟现实的手部功能康复系统的特征在于康复训练为主动训 练，且成本较低、操作简单，不需要医师的长期监护，可在家庭中自主使用，大大增大了其可 应用范围。本专利技术是一种可广泛应用于临床和家庭中的手部功能康复系统。 附图说明图1为本专利技术的手外伤多功能康复系统示意图2为患手握力及腕关节可活动范围康复训练示意图3为患手捏力及腕关节可活动速度康复训练示意图4为患手单个手指灵活性及各手指之间协调能力康复训练示意图中1为握力圈，2为力传感器，3为摇杆，4为底座。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明如图1-4所示，本专利技术的手部多功能康复系统由摇杆装置、带有力传感器的握力 圈装置、虚拟现实模块组成。摇杆装置包括底座4和其上面的摇杆3，底座4用来固定整个装置，摇杆3的角度 偏移范围和速度反应了患手腕关节的灵活性，可控制虚拟游戏中的特定角色的某些属性， 同时，此角度偏移范围和移动速度也会被存储以用于后期的康复评价。带有力传感器的握力圈装置包括含有凹槽结构的握力圈1和贴片式压力传感器 2，其中握力圈1和摇杆3连接，在患手握取、捏取并移动握力圈1的时候，摇杆3也将随之 偏转，从而使摇杆装置完成其功能。握力圈1上面贴有若干个力传感器2，可读取患手握力、 捏力和各个手指所施加的力。此装置将完成提高患手握力、捏力、改善腕关节灵活性、单个 手指灵活性及手指的协调能力的功能。所述的虚拟现实模块包括虚拟游戏单元和存储单元，所述虚拟游戏单元提供虚拟 游戏，利用患手产生的握力或捏力以及患手腕关节转动对摇杆装置产生的角度和速度，相 应地控制游戏中的角色进行游戏，实现对患手的握力、捏力、单个手指灵活性、多手指协调 性以及腕关节灵活性等的康复训练。所述存储单元存储训练中产生的握力以及角度和速度 等数据，以用于后期的康复训练评价。虚拟游戏包括射击游戏、赛车游戏、手势变换游戏，分别用来对患手进行握力、捏 力、单个手指灵活性、多手指协调性以及腕关节灵活性等的康复训练。三个虚拟环境均是通 过问卷调查的方式，根据患者群体的兴趣进行开发设计。本专利技术针对手外伤群体，对随机抽取的52人做了问卷调查，得出此群体最喜欢的 几种虚拟游戏，进行设计和开发。每种虚拟游戏均可完成以下所述的一种或多种的康复训 练功能提高患手的握力和捏力、增大患手腕关节的灵活性、改善单个手指的灵活性以及各 手指之间的协调功能等。以下将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手部多功能康复系统，用于对患手手部功能进行康复训练，该系统包括摇杆装置、握力圈装置以及虚拟现实模块，所述摇杆装置与所述握力圈装置连接，一起用于操纵所述虚拟现实模块提供的虚拟游戏中的游戏角色；患手放置在握力圈凹槽中，产生握力或捏力并带动摇杆偏转，所述握力或捏力、以及摇杆偏转角度和速度被读取并传送给所述虚拟现实模块，控制所述虚拟现实模块中的游戏角色完成游戏，实现对患手进行康复训练。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑，杨朝晖，王永骥，张金龙，霍卫光，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]