一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法与流程

1.本发明涉及假肢训练机器人技术领域，具体为一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法。

背景技术：

2.假肢就是用工程技术的手段和方法，为弥补截肢者或肢体不完全缺损的肢体而专门设计和制作装配的人工假体，又称“义肢”。它的主要作用是代替失去肢体的部分功能，使截肢者恢复一定的生活自理和工作能力。其适用对象是因疾病、交通事故、工伤事故、运动创伤等原因的截肢者，为了提高康复手段具有趣味性、针对性强等，因此，虚拟现实技术在运动障碍康复训练领域已经得到广泛应用，可以提供视觉、听觉等多种反馈以提高患者对康复效果的感知来激发和维持患者对于训练的积极性，达到提高训练效果的目的。
3.在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题没有得到解决：现有的康复训练应用的场景多属于开阔环境中漫步，从而需要人员进行陪同训练，并训练过程乏味主动性差以及无法为患者提供安全保护，因此，我们提出一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法，解决了背景技术中所提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法，包括训练跑台和vr眼镜，所述训练跑台的顶部一侧固定连接有l型支撑架，所述l型支撑架的内侧顶部可拆式安装有提升机构，所述提升机构的输出端固定连接有背带；所述l型支撑架上安装有有调节机构，所述调节机构上固定安装有u型连接块，所述u型连接块的内侧通过阻尼转轴活动连接有u型扶手，所述u型连接块的两侧均开设有弧形槽，两个所述弧形槽内均活动连接有限位杆，两个所述限位杆均与u型扶手固定连接，两个所述弧形槽的内腔底端均可拆式安装有压力传感器；所述vr眼镜的一端固定连接有弹性头带。
6.作为本发明的一种优选实施方式，所述提升机构包括微型卷扬机、和牵引绳，所述微型卷扬机可拆式安装有l型支撑架的内侧，所述牵引绳缠绕在微型卷扬机的收卷辊外侧，所述背带与牵引绳一端固定连接；
7.所述提升机构包括伺服电机和丝杆，所述l型支撑架靠近u型连接块的一端开设有限位槽，所述丝杆活动连接在限位槽的内腔，所述丝杆的外侧螺旋套接有限位块，所述限位块与u型连接块固定连接，所述伺服电机的电机轴与丝杆固定连接。
8.作为本发明的一种优选实施方式，所述训练跑台远离l型支撑架的一端四角处均固定连接有螺纹杆，四个所述螺纹杆的另一端均可拆式安装有万向轮，四个所述螺纹杆的外侧均螺旋套设有支撑筒，所述支撑筒靠近万向轮的一端为开口设置。
9.作为本发明的一种优选实施方式，所述l型支撑架的外侧一端固定连接有挂钩。
10.作为本发明的一种优选实施方式，所述压力传感器的输出端通过导线与vr眼镜的输入端电性连接，所述vr眼镜的输出端通过导线与微型卷扬机的输入端电性连接。
11.作为本发明的一种优选实施方式，所述u型扶手的外侧固定连接有橡胶垫。
12.作为本发明的一种优选实施方式，所述的基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法包括以下步骤：
13.s1：获取不同场景的图片，用于对不同场景进行仿真建模；
14.s2：计算机进行图形图像处理以及三维计算产生数据；
15.s3：数据导入仿真建模软件中生产仿真建模场景；
16.s4：训练人员站立在训练跑台上，并将u型扶手旋转套设在训练人员的外侧，并通过伺服电机根据人员的身高调节u型扶手的高度，进而有利于不同身高的人员使用u型扶手，同时将背带穿戴在人员身上；
17.s5：通过弹性头带将vr眼镜佩戴在人员的头部，且将仿真建模场景在vr眼镜中播放；
18.s6：播放不同仿真建模场景向训练跑台发出对应的驱动信号，进而根据不同场景进行不同的训练；
19.s7：训练人员摔倒支撑在u型扶手上时，压力传感器接收的压力远大于训练时手扶的压力，且对u型扶手产生的压力时间超过10秒时，进而在vr眼镜中显示是否启动提升机构，进而人员根据提示通过语音确定或否定启动提升机构，进而提升机构能够将人员拉起保证训练人员的安全。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21.1.本发明通过训练跑台、u型扶手、伺服电机、丝杆、u型连接块、弧形槽、限位杆、vr眼镜和弹性头带的设置，通过vr眼镜内播放不同仿真建模的训练场景，进而为患者提供更有针对性的训练体验，进一步的提高训练的趣味性和效果，并且通过u型扶手旋转套设在训练人员的外侧对训练人员进行初步防护，提高训练装置的安全性。
22.2.本发明通过微型卷扬机、牵引绳、背带和压力传感器的设置，将背带穿戴在训练人员身上，当训练人员摔倒支撑在u型扶手上时，压力传感器接收的压力远大于训练时手扶的压力，且对u型扶手产生的压力时间超过10秒时，进而在vr眼镜中显示是否启动微型卷扬机，进而人员根据提示确定或否定启动微型卷扬机，进而微型卷扬机能够将人员拉起保证训练人员的安全。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法的整体结构示意图；
25.图2为本发明一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法的a处放大结构示意图；
26.图3为本发明一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法的u型连接块与u型扶手连接俯视图；
27.图4为本发明一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法的仿真建模方法的流
程图；
28.图5为本发明一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法的信号发射图。
29.图中：1、训练跑台；2、l型支撑架；3、微型卷扬机；4、牵引绳；5、伺服电机；6、背带；7、限位槽；8、丝杆；9、u型扶手；10、阻尼转轴；11、vr眼镜；12、弹性头带；13、挂钩；14、螺纹杆；15、支撑筒；16、万向轮；17、u型连接块；18、弧形槽；19、限位杆；20、压力传感器；21、橡胶垫；22、限位块。
具体实施方式
30.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法，包括训练跑台1和vr眼镜11，训练跑台1的顶部一侧固定连接有l型支撑架2，l型支撑架2的内侧顶部可拆式安装有提升机构，提升机构的输出端固定连接有背带6，提升机构包括微型卷扬机3和牵引绳4，微型卷扬机3可拆式安装有l型支撑架2的内侧，牵引绳4缠绕在微型卷扬机3的收卷辊外侧，背带6与牵引绳4一端固定连接；l型支撑架2上安装有有调节机构，调节机构上固定安装有u型连接块17，提升机构包括伺服电机5和丝杆8，l型支撑架2靠近u型连接块17的一端开设有限位槽7，丝杆8活动连接在限位槽7的内腔，丝杆8的外侧螺旋套接有限位块22，限位块22与u型连接块17固定连接，伺服电机5的电机轴与丝杆8固定连接，u型连接块17的内侧通过阻尼转轴10活动连接有u型扶手9，u型连接块17的两侧均开设有弧形槽18，两个弧形槽18内均活动连接有限位杆19，两个限位杆19均与u型扶手9固定连接，两个弧形槽18的内腔底端均可拆式安装有压力传感器20，压力传感器20的输出端通过导线与vr眼镜11的输入端电性连接，vr眼镜11的输出端通过导线与微型卷扬机3的输入端电性连接；vr眼镜11的一端固定连接有弹性头带12。
31.在发明中，通过训练跑台1、微型卷扬机3、牵引绳4、背带6、u型扶手9、伺服电机5、丝杆8、u型连接块17、弧形槽18、压力传感器20、限位杆19、vr眼镜11和弹性头带12的设置，通过vr眼镜11内播放不同仿真建模的训练场景，进而为患者提供更有针对性的训练体验，进一步的提高训练的趣味性和效果，并且通过u型扶手9旋转套设在训练人员的外侧对训练人员进行初步防护，然后将背带6穿戴在训练人员身上，通过微型卷扬机3配合牵引绳4再次对人员进行防护，进一步的保证训练人员的安全。
32.在一个可选的实施例中，训练跑台1远离l型支撑架2的一端四角处均固定连接有螺纹杆14，四个螺纹杆14的另一端均可拆式安装有万向轮16，四个螺纹杆14的外侧均螺旋套设有支撑筒15，支撑筒15靠近万向轮16的一端为开口设置。
33.需要说明的是，通过螺纹杆14、万向轮16和支撑筒15的设置，通过万向轮16方便人员对训练跑台1移动到工作区域，并且在使用时，通过拧动支撑筒15与支撑面接触，进而提高训练跑台1在使用时的稳定性。
34.在一个可选的实施例中，l型支撑架2的外侧一端固定连接有挂钩13。
35.需要说明的是，通过挂钩13的设置，进而方便不使用时的vr眼镜11通过弹性头带12套设在挂钩13上。
36.在一个可选的实施例中，u型扶手9的外侧固定连接有橡胶垫21。
37.需要说明的是，通过橡胶垫21的设置，不仅增加人员手持u型扶手9的摩擦力，进而提高人员手持u型扶手9的稳定性，而且增加人员手持u型扶手9的舒适性。
38.在一个可选的实施例中，的基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法包括以下步骤：
39.s1：获取不同场景的图片，用于对不同场景进行仿真建模；
40.s2：计算机进行图形图像处理以及三维计算产生数据；
41.s3：数据导入仿真建模软件中生产仿真建模场景；
42.s4：训练人员站立在训练跑台1上，并将u型扶手9旋转套设在训练人员的外侧，并通过伺服电机5根据人员的身高调节u型扶手9的高度，进而有利于不同身高的人员使用u型扶手9，同时将背带6穿戴在人员身上；
43.s5：通过弹性头带12将vr眼镜11佩戴在人员的头部，且将仿真建模场景在vr眼镜11中播放；
44.s6：播放不同仿真建模场景向训练跑台1发出对应的驱动信号，进而根据不同场景进行不同的训练；
45.s7：训练人员摔倒支撑在u型扶手9上时，压力传感器20接收的压力远大于训练时手扶的压力，且对u型扶手9产生的压力时间超过10秒时，进而在vr眼镜11中显示是否启动提升机构，进而人员根据提示通过语音确定或否定启动提升机构，进而提升机构能够将人员拉起保证训练人员的安全。
46.使用时，首先，通过相机拍摄不同场景的多个角度和细节的图片，然后，将拍摄的图片导入计算机内，通过计算机进行图形图像处理以及三维计算产生数据，然后将数据导入仿真建模软件中生产仿真建模场景，然后将仿真建模场景在vr眼镜11中进行播放，然后人员站立在训练跑台1上，然后，通过u型扶手9旋转套设在训练人员的外侧，然后根据人员的高度通过伺服电机5调节u型扶手9的高度，然后将背带6穿戴在训练人员的身上，然后将vr眼镜11通过弹性头带12戴在训练人员的头部，然后根据人员的训练意向调节播放不同的仿真建模场景，进而为患者提供更有针对性的训练体验，进一步的提高训练的趣味性和效果，在训练时，当人员摔倒在u型扶手9上无法站立时，压力传感器20接收的压力远大于训练时手扶的压力，且对u型扶手9产生的压力时间超过10秒时，进而在vr眼镜11中显示是否启动提升机构，进而人员根据提示通过语音确定或否定启动提升机构，进而提升机构能够将人员拉起保证训练人员的安全。

技术特征：

1.一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置，包括训练跑台(1)和vr眼镜(11)，其特征在于：所述训练跑台(1)的顶部一侧固定连接有l型支撑架(2)，所述l型支撑架(2)的内侧顶部可拆式安装有提升机构，所述提升机构的输出端固定连接有背带(6)；所述l型支撑架(2)上安装有有调节机构，所述调节机构上固定安装有u型连接块(17)，所述u型连接块(17)的内侧通过阻尼转轴(10)活动连接有u型扶手(9)，所述u型连接块(17)的两侧均开设有弧形槽(18)，两个所述弧形槽(18)内均活动连接有限位杆(19)，两个所述限位杆(19)均与u型扶手(9)固定连接，两个所述弧形槽(18)的内腔底端均可拆式安装有压力传感器(20)；所述vr眼镜(11)的一端固定连接有弹性头带(12)。2.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置，其特征在于：所述提升机构包括微型卷扬机(3)和牵引绳(4)，所述微型卷扬机(3)可拆式安装有l型支撑架(2)的内侧，所述牵引绳(4)缠绕在微型卷扬机(3)的收卷辊外侧，所述背带(6)与牵引绳(4)一端固定连接；所述提升机构包括伺服电机(5)和丝杆(8)，所述l型支撑架(2)靠近u型连接块(17)的一端开设有限位槽(7)，所述丝杆(8)活动连接在限位槽(7)的内腔，所述丝杆(8)的外侧螺旋套接有限位块(22)，所述限位块(22)与u型连接块(17)固定连接，所述伺服电机(5)的电机轴与丝杆(8)固定连接。3.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置，其特征在于：所述训练跑台(1)远离l型支撑架(2)的一端四角处均固定连接有螺纹杆(14)，四个所述螺纹杆(14)的另一端均可拆式安装有万向轮(16)，四个所述螺纹杆(14)的外侧均螺旋套设有支撑筒(15)，所述支撑筒(15)靠近万向轮(16)的一端为开口设置。4.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置，其特征在于：所述l型支撑架(2)的外侧一端固定连接有挂钩(13)。5.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置，其特征在于：所述压力传感器(20)的输出端通过导线与vr眼镜(11)的输入端电性连接，所述vr眼镜(11)的输出端通过导线与微型卷扬机(3)的输入端电性连接。6.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置，其特征在于：所述u型扶手(9)的外侧固定连接有橡胶垫(21)。7.根据权利要求1-任意一项所述的一种基于仿真建模的虚拟假肢训练方法，其特征在于：所述的基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法包括以下步骤：s1：获取不同场景的图片，用于对不同场景进行仿真建模；s2：计算机进行图形图像处理以及三维计算产生数据；s3：数据导入仿真建模软件中生产仿真建模场景；s4：训练人员站立在训练跑台(1)上，并将u型扶手(9)旋转套设在训练人员的外侧，并通过伺服电机(5)根据人员的身高调节u型扶手(9)的高度，进而有利于不同身高的人员使用u型扶手(9)，同时将背带(6)穿戴在人员身上；s5：通过弹性头带(12)将vr眼镜(11)佩戴在人员的头部，且将仿真建模场景在vr眼镜(11)中播放；s6：播放不同仿真建模场景向训练跑台(1)发出对应的驱动信号，进而根据不同场景进
行不同的训练；s7：训练人员摔倒支撑在u型扶手(9)上时，压力传感器(20)接收的压力远大于训练时手扶的压力，且对u型扶手(9)产生的压力时间超过10秒时，进而在vr眼镜(11)中显示是否启动提升机构，进而人员根据提示通过语音确定或否定启动提升机构，进而提升机构能够将人员拉起保证训练人员的安全。

技术总结

本发明涉及假肢训练机器人技术领域，公开了一种基于仿真建模的虚拟假肢训练装置及方法，包括训练跑台和VR眼镜，所述训练跑台的顶部一侧固定连接有L型支撑架，所述L型支撑架的内侧顶部可拆式安装有提升机构，所述提升机构的输出端固定连接有背带；所述L型支撑架上安装有有调节机构，所述调节机构上固定安装有U型连接块。本发明通过训练跑台、U型扶手、伺服电机、丝杆、U型连接块、弧形槽、限位杆、VR眼镜和弹性头带的设置，通过VR眼镜内播放不同仿真建模的训练场景，进而为患者提供更有针对性的训练体验，进一步的提高训练的趣味性和效果，并且通过U型扶手旋转套设在训练人员的外侧对训练人员进行初步防护，提高训练装置的安全性。性。性。