基于Kinect和NAO机器人的人体上肢康复训练跟随控制

作     者：刘晓光 李思敏 梁铁 李俊 娄存广 王洪瑞 刘秀玲 LIU Xiaoguang;LI Simin;LIANG Tie;LI Jun;LOU Cunguang;WANG Hongrui;LIU Xiuling

作者机构：河北大学电子信息工程学院生物医学工程系河北保定071002 河北大学河北省数字医疗工程重点实验室河北保定071002 

出 版 物：《生物医学工程学杂志》 (Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2022年第39卷第6期

页      面：1189-1198页

核心收录：

学科分类：1002[医学-临床医学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

基　　金：河北省自然科学基金(F2021201002,F2021201005) 河北省教育厅重点项目(ZD2020146) 河北省博士后科研项目(B2019005001) 保定市科技局重点研发计划(1911Q001) 

主　　题：Kinect 跟随控制 NAO 逆运动学 中值滤波 

摘      要：动作模仿是康复训练中常见的训练策略。传统的康复训练中患者需要在康复医师的指导下完成训练动作,然而由于医院资源有限,无法满足所有患者的训练指导需求。本文针对康复训练中的动作模仿任务,提出了一种基于Kinect和NAO机器人的跟随控制方法。该方法通过逆运动学解析实现了Kinect坐标系到NAO机器人坐标系关节角度映射。针对肘关节偏转角的估计问题,通过构建虚拟空间平面实现了偏转角的精确估计。最后,基于肘关节的运动偏转角进行了对比实验,结果显示该方法右肘横轴偏转和纵轴偏转的角度估计值均方根误差分别为2.734°和2.159°,证实了该方法可以实现NAO机器人实时、稳定地跟随人体动作,从而向患者展示康复训练方案。