PAGEPAGE3摘要因為腦卒中等病因而引發(fā)失去肢體功能的患者越來越多，腦卒中后康復(fù)問題已成為一個亟待解決的重要問題，傳統(tǒng)的肢體功能障礙康復(fù)治療主要依賴于治療室的醫(yī)生對患者的單獨訓(xùn)練，難以實現(xiàn)重復(fù)性、有針對性和高強度的康復(fù)訓(xùn)練要求。為解決這些問題，需要安全、有效、定量及可以進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練的新技術(shù)的支持。隨著信息科學(xué)的快速發(fā)展，人機交互變得越來越重要。以用戶為中心，支持多媒體多通道信息，分布實時交互與協(xié)同工作的交互方式已經(jīng)成為了人機交互學(xué)的基本性能。本課題采用的智能康復(fù)訓(xùn)練機器人是CycleMotus?智能電動訓(xùn)練車，其具有幫助癱瘓患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的功能。現(xiàn)有上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的人機交互缺乏友好性，本文基于Android系統(tǒng)搭建康復(fù)訓(xùn)練軟件APP，確定上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互式平臺的方案，包括該平臺功能框架和組成結(jié)構(gòu)。開發(fā)康復(fù)訓(xùn)練機器人客戶端軟件，通過AndroidStudio的java語言實現(xiàn)ui界面，包括用戶登錄、注冊、連接設(shè)備、設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練的速度、阻力等參數(shù)，通過Fastble構(gòu)建Android軟件與康復(fù)訓(xùn)練機器人的通信，實現(xiàn)人機交互。最后進(jìn)行測試與評估，對康復(fù)訓(xùn)練人機交互式平臺的進(jìn)行一個功能的評定以及確定其運行的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：腦卒中；人機交互；CycleMotus?智能電動訓(xùn)練車；上下肢康復(fù)訓(xùn)練；Android系統(tǒng)；Fastble;

AbstractBecauseoftheincreasingnumberofpatientswhohavelostlimbfunctionduetostroke,theproblemofpost-strokerehabilitationhasbecomeanimportantproblemtobesolved,andthetraditionalrehabilitationtreatmentoflimbdysfunctionmainlyreliesontheindividualtrainingofpatientsbydoctorsinthetreatmentroom,whichisdifficulttoachieverepetitive,targetedandhigh-intensityrehabilitationtrainingrequirements.Tosolvetheseproblems,newtechnologiesthataresafe,effective,quantitative,andcapableofrepetitivetrainingareneeded.Withtherapiddevelopmentofinformationscience,human-computerinteractionisbecomingmoreandmoreimportant.User-centered,multi-channelmulti-channelinformation,distributedreal-timeinteractionandcollaborativeinteractionhavebecomethebasicperformanceofhuman-computerinteraction.TheintelligentrehabilitationtrainingrobotusedinthisprojectistheCycleMotus?intelligentelectrictrainingvehicle,whichhasthefunctionofhelpingparalyzedpatientstocarryoutrehabilitationtraining.Inthispaper,therehabilitationtrainingsoftwareAPPisbuiltbasedontheAndroidsystem,andtheschemeofthehuman-computerinteractionplatformforupperandlowerlimbrehabilitationtrainingisdetermined,includingthefunctionalframeworkandcompositionstructureoftheplatform.Developtheclientsoftwareoftherehabilitationtrainingrobot,realizetheuiinterfacethroughthejavalanguageofAndroidStudio,includinguserlogin,registration,connectiontothedevice,setthespeedandresistanceofrehabilitationtraining,andbuildthecommunicationbetweenAndroidsoftwareandtherehabilitationtrainingrobotthroughFastbletorealizehuman-computerinteraction.Finally,thetestandevaluationwerecarriedouttoevaluatethefunctionofthehuman-computerinteractiveplatformforrehabilitationtraininganddeterminetheaccuracyofitsoperation.Keywords:Stroke;human-computerinteraction;CycleMotus?SmartElectricTrainingVehicle;upperandlowerextremityrehabilitation;Android；Fastble;

目錄TOC\o"1-3"\h\u17312摘要 I27216Abstract II28777第一章緒論 167351.1研究背景及意義 1102391.2人機交互的研究現(xiàn)狀 2237991.3上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人研究現(xiàn)狀 3254441.3.1上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人 3250401.3.2下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人 4277481.4本文的研究內(nèi)容及安排 5190181.4.1主要研究內(nèi)容 5189781.4.2本文安排 51707第二章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)理論 7171022.1上下肢康復(fù)訓(xùn)練的定義 718832.2傳統(tǒng)的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法 792812.3現(xiàn)代的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法 7198692.4本章小結(jié) 921078第三章人機交互的概述 10324963.1人機交互的定義 10207973.2人機交互的應(yīng)用 11309033.3本章小結(jié) 1129458第四章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互設(shè)計 1235424.1人機交互系統(tǒng)需求分析 12193274.2人機交互功能模塊設(shè)計 1398184.3康復(fù)訓(xùn)練設(shè)計 13248894.3.1被動訓(xùn)練設(shè)計 14310964.3.2主動訓(xùn)練設(shè)計 1452704.3.3反饋機制 1572634.4本章小結(jié) 1511144第五章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互實現(xiàn) 16134885.1開發(fā)工具和平臺 16140205.2系統(tǒng)界面及功能的實現(xiàn) 16213985.2.1用戶注冊登錄模塊 16248045.2.2康復(fù)訓(xùn)練模塊 17263325.2.3無線通信模塊的實現(xiàn) 18327005.3數(shù)據(jù)庫存儲模塊的實現(xiàn) 19223865.4本章小結(jié) 2016704第六章測試與評估 21269336.1無線通訊模塊測試 21226986.2登錄注冊模塊測試 21199706.3康復(fù)訓(xùn)練模塊測試 2230145總結(jié)與展望 2411868參考文獻(xiàn) 25PAGEPAGE3第一章緒論1.1研究背景及意義腦卒中這種疾病也被稱之為中風(fēng)，是因為神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生了病變，導(dǎo)致腦組織受到損害的一種疾病。隨著各國逐漸進(jìn)入老齡化社會，出現(xiàn)了大量的腦中風(fēng)患者，他們大多數(shù)都因為得不到及時的治療多伴有偏癱癥狀，偏癱是腦卒中患者常見的后遺癥，經(jīng)常表現(xiàn)為一側(cè)肢體功能障礙。這類患者除了使用藥物治療和手術(shù)治療外，對患肢運動功能至關(guān)重要還有科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練，相關(guān)研究表明，強調(diào)患者主動參與和有控制性的運動訓(xùn)練能有效治療腦卒中后偏癱，從而康復(fù)過程需要進(jìn)行大量重復(fù)性運動，協(xié)助患者進(jìn)行肢體運動REF_Toc9799\r\h[1]。隨著機器人技術(shù)和人機交互技術(shù)發(fā)展，上下肢康復(fù)機器人結(jié)合集康復(fù)評定和虛擬訓(xùn)練等功能的軟件系統(tǒng)將得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練方法雖然在一定程度上能夠幫助患者恢復(fù)，但訓(xùn)練不規(guī)范、效率低下的問題依然存在。因此，我們致力于開發(fā)一款能夠智能化、規(guī)范化、高效化的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，用來滿足日益增長的患者的需求。中風(fēng)后，神經(jīng)可塑性的幾種機制可能會被激活，這有希望會有顯著的恢復(fù)。康復(fù)療法旨在隨著實踐的推移恢復(fù)存活的組織并重組神經(jīng)連接。隨著越來越多的中風(fēng)患者在不同程度的神經(jīng)功能損傷后存活下來，新型技術(shù)已經(jīng)成為改善功能預(yù)后的一種有前途的選擇，健康大腦的神經(jīng)可塑性主要有三種機制。第一種是周圍神經(jīng)損傷后軸突的重新生長，第二種是恢復(fù)受損的中樞神經(jīng)細(xì)胞通過從現(xiàn)有細(xì)胞體上生長出來的新的樹突、軸突和突觸來產(chǎn)生新的神經(jīng)元。第三種機制是新神經(jīng)元的批量生成，發(fā)生在兩個神經(jīng)源區(qū)域：室下區(qū)和齒狀區(qū)。在齒狀區(qū)，干細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)元前體，成熟后生成新的顆粒神經(jīng)元REF_Ref9\r\h[2]如圖1-1所示。圖SEQ圖\*ARABIC1-1健康人的神經(jīng)可塑性機制REF_Toc17518\w\h[2]目前，關(guān)于中風(fēng)后神經(jīng)可塑性的作用機制主要有三種。這些機制始于腦卒中后的早期階段，至少持續(xù)3-6個月，導(dǎo)致神經(jīng)連接的重組。第一種機制涉及腦梗塞對側(cè)軀體感覺系統(tǒng)功能活動的增加，以及與患區(qū)項鏈的遠(yuǎn)處皮質(zhì)區(qū)域的招募（REF_Ref4586\h圖1-2a）。第二種機制是改善與腦梗塞同側(cè)大腦皮質(zhì)脊髓束的結(jié)構(gòu)完整性（REF_Ref4586\h圖1-2b）。第三種機制涉及兩側(cè)大腦半球間功能連接和運動皮層網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)REF_Ref27084\r\h[3]（REF_Ref4586\h圖1-2c）。圖1-2中風(fēng)后的神經(jīng)可塑性REF_Toc20382\w\h[3]1.2人機交互的研究現(xiàn)狀目前，人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等等技術(shù)正在不停滲透入人類社會的組織方式、交往方式甚至是社會結(jié)構(gòu)，尤其適計算機和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展所激發(fā)的技術(shù)革命，根本性的改變了機器和人類的關(guān)系，使得人機交互成為人類生產(chǎn)活動的重要互動之一。人機交互是計算機、認(rèn)知學(xué)、人類功效學(xué)等多學(xué)科交叉的重要研究領(lǐng)域，也是工程心理學(xué)研究的重要內(nèi)容。人機交互正逐步向擬人化、智能化、自然化、實體方向發(fā)展?，F(xiàn)有研究認(rèn)為，人機交互是研究人、計算機一級相互影響他們的技術(shù)，人機交互發(fā)生了從“刺激-反饋”、“智能服務(wù)”到“情緒交流”的變化。除此以外，人機交互的類型還可以依據(jù)接觸程度、交互模態(tài)等進(jìn)行劃分。依據(jù)交互模態(tài)的不同，可以劃分為文本交互、語音交互等等，根據(jù)人集接觸程度，可以劃分為接觸式、非接觸式間接交互、非接觸式直接交互等等REF_Toc12080\w\h[4]?？傊藱C交互技術(shù)在不斷發(fā)展和完善中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。未來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，人機交互將會在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。同時，人機交互技術(shù)的發(fā)展也將促進(jìn)人類生活更加便捷、高效和舒適。1.3上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人研究現(xiàn)狀1.3.1上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分，主要包括三個階段：1.本地康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)，由MIT設(shè)計完成第一臺上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)MIT-MANUS，如圖1-3所示，一位中風(fēng)的患者正在使用MIT-MANUS上肢康復(fù)機器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。該MIT-MANUS系統(tǒng)具有人機交互界面，患者在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練過程中，通過人機交互界面不只可以看到實時訓(xùn)練數(shù)據(jù)以便于了解自身的訓(xùn)練效果，而且可以使得自身的訓(xùn)練數(shù)據(jù)在電腦游戲訓(xùn)練中得到提現(xiàn)。該設(shè)備采用五連桿機構(gòu)，末端阻抗較小用于病人的肩、肘運動REF_Toc11596\w\h[5]。圖1-3MIT-MANUS康復(fù)機器人REF_Toc11596\w\h[5]ARMin是世界上第一款新型的上肢康復(fù)機器人交互系統(tǒng)，圖1-4是ARMin上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的機械結(jié)構(gòu)，是一種6自由度半外骨架裝置，安裝了傳感器，能夠進(jìn)行肘部的屈伸和肩膀的空間運動甚至可以進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練師能夠選擇玩一些球類游戲或者智力游戲，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，患者可以在訓(xùn)練過程中獲得更直觀、有趣和鼓舞人心的體驗，提高他們的積極性和動力。同時，系統(tǒng)還可以記錄和分析患者的運動數(shù)據(jù)，為康復(fù)師提供更準(zhǔn)確的評估和個性化的康復(fù)指導(dǎo)REF_Ref19225\w\h[6]。圖1-4ARMin上肢外骨骼康復(fù)人機交互系統(tǒng)REF_Ref19225\w\h[6]2.遠(yuǎn)程康復(fù)醫(yī)療機器人系統(tǒng)，與傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)相比，遠(yuǎn)程康復(fù)系統(tǒng)無論對患者還是醫(yī)療師都相當(dāng)于更加便利，它可以幫助患者在家中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，并通過遠(yuǎn)程連接與康復(fù)師或醫(yī)生進(jìn)行溝通和監(jiān)護。于2005年由斯坦福大學(xué)和芝加哥康復(fù)研究所聯(lián)合研究了一種便攜式遠(yuǎn)程康復(fù)系統(tǒng)，這是一種從動式的遙控操作系統(tǒng)，有主動、從動以及各自控制器組成，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令并接收信號，再配備監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程治療的效果REF_Ref24508\w\h[7]。3.基于虛擬環(huán)境的康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人，是一種結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和機器人技術(shù)，用于進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的機器人系統(tǒng)。為了鼓勵患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，提高康復(fù)訓(xùn)練效果，他提供了一種沉浸式的虛擬環(huán)境，可以模擬各種康復(fù)場景和活動，幫助患者進(jìn)行康復(fù)，涉及在計算機和患者之間使用一個界面，利用硬件和軟件來模擬與環(huán)境的互動，這樣就能建立起與現(xiàn)實非常相似的感官聯(lián)系，同時還能模擬任務(wù)執(zhí)行和即時反饋REF_Ref25746\w\h[8]。1.3.2下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人經(jīng)過十幾年的研究，它的設(shè)定與上肢不同的是必須符合人體運動學(xué)的基本規(guī)律，根據(jù)患者訓(xùn)練是的不同姿態(tài)，分為站立式、坐臥式兩種REF_Ref4610\r\h[9]：1.站立式的患者由于大多數(shù)下肢功能較差，不能負(fù)載正常的體重，所以一般站立式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人都有配減重裝置，一般有兩種結(jié)構(gòu)，一種是利用外骨骼與醫(yī)用跑臺協(xié)調(diào)帶動患者的下肢進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練（圖1-5）。一種是采用腳踏板來帶動整個下肢運動。患者踩在可編程控制踏板進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，它可以提供各種可能的足部運動軌跡；可編程控制踏板由兩個完全對稱但相互獨立的機械臂組成，踏板安裝在機械臂底部。圖1-5醫(yī)用跑臺協(xié)助訓(xùn)練REF_Toc12018\w\h[9]2.坐臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人患者的體重基本由座椅或床承擔(dān)，簡化了減重結(jié)構(gòu)。目前最有代表性的坐臥式下肢康復(fù)機器人是瑞士sworte公司研發(fā)的MotionMaker，系統(tǒng)減重由座椅承擔(dān)。系統(tǒng)主要由2個三自由度的機械臂、座椅、底座、閉環(huán)控制系統(tǒng)以及功能電刺激模塊組成REF_Ref15730\w\h[10]。1.4本文的研究內(nèi)容及安排1.4.1主要研究內(nèi)容本文的研究目的是利用中風(fēng)后康復(fù)時所擁有的神經(jīng)可塑性通過傅里葉智能上下肢智能機器人實現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練以及數(shù)據(jù)測量的自動上報和讀取，從而實現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練的自動化，減少人工測量時的繁瑣過程，提高康復(fù)的可能性和效率性。對于上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互平臺的構(gòu)建，由于平臺的多樣化，選定一個便捷快速的平臺是重中之重，其中AndroidAPP是日常生活中人民經(jīng)常接觸到的，比起pc端會方便攜帶很多，所以就需要運用到更加科學(xué)有效的方法來進(jìn)行平臺的構(gòu)建以及數(shù)據(jù)的識別。主要研究內(nèi)容有以下幾各方面：1.ui界面的設(shè)計：進(jìn)行人機交互的第一步就是ui界面，簡單易懂的ui界面可以使患者對軟件的使用方法一目了然。其中包括起始界面，登錄界面，初始化界面，設(shè)置界面，訓(xùn)練界面。2.交互功能的實現(xiàn)：交互功能是患者如何通過AndroidAPP使用器械，主要分成3層結(jié)構(gòu)，具有信息同步、系統(tǒng)設(shè)置、康復(fù)訓(xùn)練等系統(tǒng)，患者可以在設(shè)置界面設(shè)置訓(xùn)練阻力、速度等訓(xùn)練參數(shù)，在訓(xùn)練界面顯示訓(xùn)練模式、當(dāng)前速度、痙攣次數(shù)等訓(xùn)練數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人機交互。3.軟硬件的通信：上位機與下位機的通信是必然重要的，否則一切都是無稽之談，一般的上下機通信使用的是藍(lán)牙ble模塊，不過本文使用的是fastble模塊，相較于不同藍(lán)牙ble它的優(yōu)點在于快速便捷。1.4.2本文安排第一章緒論。闡述了基于上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互平臺的構(gòu)建的研究背景以及其意義，讓我們能夠更好的了解該技術(shù)的發(fā)展情況。緊接著是人機交互的研究現(xiàn)狀以及上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的研究現(xiàn)狀，可以讓我們了解所需技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展情況，能人我們對齊有更深的理解，最后是研究目的和研究內(nèi)容的簡約說明本文的基本信息。第二章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)理論。了解上下肢康復(fù)訓(xùn)練的原理以及更加深入的確定本文進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練所使用的康復(fù)訓(xùn)練方法。第三章人機交互的概述。人機交互這幾年發(fā)展很快速，如萬花筒般令人眼花繚亂，本章介紹了人機交互的定義以及應(yīng)用。第四章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互設(shè)計。人機交互重心在于交互，要人與機器進(jìn)行交互，首先分析康復(fù)訓(xùn)練人機交互系統(tǒng)的需求和設(shè)計需要實現(xiàn)的康復(fù)訓(xùn)練功能，包括康復(fù)訓(xùn)練客戶端和康復(fù)訓(xùn)練功能設(shè)計，其中包括注冊，登錄，連接設(shè)備、設(shè)置訓(xùn)練參數(shù)和用戶信息。第五章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互實現(xiàn)。探討了人機交互設(shè)計的實現(xiàn)，有軟硬件通信、信息同步、系統(tǒng)設(shè)置、康復(fù)訓(xùn)練等系統(tǒng)，患者可以在設(shè)置界面進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練所需要的訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置。第六章測試與評估。用戶的體驗是中旨，能否成功構(gòu)建一個高效穩(wěn)定安全的上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人人機交互平臺，在于能否通過軟硬件設(shè)計和界面優(yōu)化實現(xiàn)了用戶友好的操作體驗和實時的運動反饋，需要對軟件進(jìn)行交互平臺評估與測試。

第二章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)理論2.1上下肢康復(fù)訓(xùn)練的定義上下肢康復(fù)訓(xùn)練是一種針對因疾病、創(chuàng)傷或先天性因素導(dǎo)致的上下肢功能受損的康復(fù)治療方法。通過系統(tǒng)的、有針對性的一系列的物理、運動和功能性訓(xùn)練，幫助患有上肢和下肢功能障礙的患者恢復(fù)或改善其上下肢的肌肉力量、運動控制、協(xié)調(diào)性和日常生活活動能力。2.2傳統(tǒng)的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法傳統(tǒng)的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法是一種基于物理治療和康復(fù)醫(yī)學(xué)的理論和實踐，旨在幫助患者恢復(fù)或提高其上下肢的運動功能和生活自理能力。以下是傳統(tǒng)上下肢康復(fù)訓(xùn)練的一些主要方法REF_Ref5195\w\h[11]：1.物理治療：物理治療師通過各種手法和技術(shù)，如按摩、牽引、熱敷、冷敷等，對患者的上下肢進(jìn)行治療和訓(xùn)練。物理治療可以幫助患者恢復(fù)肌肉力量、增加關(guān)節(jié)活動度和改善運動功能。2.運動訓(xùn)練：運動訓(xùn)練是指通過一系列的運動和活動，幫助患者增強肌肉力量、改善運動控制和協(xié)調(diào)性。運動訓(xùn)練可以包括各種運動和活動，如屈伸、旋轉(zhuǎn)、平衡訓(xùn)練等。3.功能性訓(xùn)練：功能性訓(xùn)練是指通過模擬日常生活活動，如穿衣、洗臉、梳頭、上下樓梯等，幫助患者恢復(fù)或改善日常生活功能。功能性訓(xùn)練可以幫助患者提高自主行動能力和生活質(zhì)量。4.支具和輔助器具：支具和輔助器具可以幫助患者穩(wěn)定和支持受影響的上下肢，以便進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和日常生活活動。支具和輔助器具包括拐杖、助行器、矯形器等。5.熱療和冷療：熱療和冷療是通過熱或冷的刺激，促進(jìn)血液循環(huán)和組織恢復(fù)。熱療可以通過熱敷、溫泉浴等方式進(jìn)行，而冷療可以通過冰敷、冷水浴等方式進(jìn)行。6.傳統(tǒng)的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法通常需要在專業(yè)康復(fù)師的指導(dǎo)下進(jìn)行，根據(jù)患者的康復(fù)需求和能力制定個性化的訓(xùn)練方案?？祻?fù)師會進(jìn)行定期的評估和調(diào)整，以達(dá)到最佳的康復(fù)效果。2.3現(xiàn)代的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法近年來，腦卒中上下肢功能康復(fù)一直是研究的熱點，也涌現(xiàn)了多種治療技術(shù)和方法，比如雙側(cè)上肢訓(xùn)練、鏡像療法，體操棒訓(xùn)練方法、音樂療法、運動想象療法、上下肢康復(fù)機器人、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、強制性使用運動療法、功能性電刺激、肌電生物反饋療法、經(jīng)顱磁刺激、神經(jīng)肌肉促進(jìn)技術(shù)等等。雙側(cè)上肢訓(xùn)練即是患者在光滑的水平面進(jìn)行上肢推拉運動，并配合節(jié)律的聽覺刺激，研究成果表明患者的上肢運動速度以及準(zhǔn)確度在雙側(cè)訓(xùn)練后在實際使用中均得到提高，且在訓(xùn)練結(jié)束9周以后都有效果，訓(xùn)練后的上肢協(xié)調(diào)性和運動反應(yīng)速度和肌肉的持續(xù)收縮方面均有更大的進(jìn)步，康復(fù)機制可能與大腦皮質(zhì)間抑制的正常化有關(guān)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是近年來才出現(xiàn)的新型技術(shù)，是一種能給患者提供虛擬場景和虛擬對象并進(jìn)行交互的技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實游戲引入腦卒中患者的功能訓(xùn)練最重要的一點是要給患者提供生動有趣的虛擬現(xiàn)實游戲項目，使患者滿足感官刺激的同時達(dá)到訓(xùn)練目的。最常見的一種方式是用機械臂和vr場景，機器人輔助治療的使用已被證明可以改善上肢運動功能、痙攣狀態(tài)和整體功能，如圖2-1所示。鏡像療法是讓患者在觀看某些動作后在腦中模仿一些動作，使他們的神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)對動作的控制和協(xié)調(diào)能力。鏡像治療加入運動想象療法可以藉由患側(cè)肢體適當(dāng)運動的視覺刺激而促進(jìn)運動功能恢復(fù)，而非僅僅依賴腦中的想象。音樂療法目前已在精神病、腦癱、精神發(fā)育遲緩的矯治、心里治療以及手術(shù)期緩解疼痛等領(lǐng)域取得一定成果。在腦卒中康復(fù)方面主要用于失語證、緩解焦慮抑郁情緒、認(rèn)知障礙等。運動想象療法在腦卒中的康復(fù)訓(xùn)練中越來越被重視，主要通過反復(fù)的接受認(rèn)識再接受認(rèn)識的視覺聽覺回路的主動式想象來強化馴良，使其形成條件方射，從而增強大腦的精確性和及時性。強制性使用運動療法（CIMT）REF_Toc31317\r\h[12]是近年來最有效果的康復(fù)技術(shù)之一，重復(fù)和強化訓(xùn)練是CIMT的主要因素，他通過限制健全肢體活動，強迫患者使用患肢進(jìn)行大量訓(xùn)練的方式來改善患肢的動作功能，該方法可以將臨床治療中獲得的運動功能轉(zhuǎn)移到日常生活中，尤其適合恢復(fù)期腦卒中偏癱上下肢運動功能障礙的患者。通過塑性，行為和限制等因素改變患者以前養(yǎng)成的壞習(xí)慣。上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人是近年來新興的熱門康復(fù)醫(yī)療技術(shù)，近年研究證實，腦梗死后急性至慢性的不同時期均可觀察到患肢運動所引起的廣泛腦區(qū)激活，促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重組和功能代償，有利于患者肢體運動功能的恢復(fù)，這為度運動從而使訓(xùn)練效果的不穩(wěn)定，所以需要夾板或者矯形器限制防止出現(xiàn)過度共同運動代償，使患者可以像正常人一樣的進(jìn)行規(guī)律康復(fù)訓(xùn)練。圖2-1VR模擬場景REF_Ref9\w\h[2]2.4本章小結(jié)本章闡述了上下肢康復(fù)訓(xùn)練的傳統(tǒng)方法以及現(xiàn)代的上下肢康復(fù)訓(xùn)練方法，旨在對比吸收康復(fù)訓(xùn)練的統(tǒng)一性與差異性，了解當(dāng)前康復(fù)訓(xùn)練方法的多樣化。這些方法的目標(biāo)是促進(jìn)神經(jīng)可塑性和運動控制的恢復(fù)，以提高患者的生活質(zhì)量和自主行動能力，每種方法都有其適應(yīng)癥和訓(xùn)練原則，需要根據(jù)患者的具體情況和康復(fù)需求進(jìn)行個性化的康復(fù)訓(xùn)練方案設(shè)計。

第三章人機交互的概述3.1人機交互的定義人機交互是一門研究人與計算機之間交互方式的科學(xué)。人機交互是指人與計算機之間為了實現(xiàn)某種目的而進(jìn)行的交互活動，這種交互活動通過計算機的輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機的對話。人機交互是一門綜合性的技術(shù)，涉及計算機科學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、行為科學(xué)等多個領(lǐng)域。人機交互的目標(biāo)是讓用戶能夠方便、高效地使用計算機，同時讓計算機能夠更好地理解和滿足用戶的需求。人機交互的研究內(nèi)容包括用戶界面設(shè)計、交互設(shè)備、交互軟件、語音識別與合成、手寫識別與輸入、自然語言處理等。在人機交互中，用戶界面設(shè)計是至關(guān)重要的。一個好的用戶界面應(yīng)該能夠清晰地展示信息，使用戶能夠方便地與計算機進(jìn)行交互。同時，用戶界面設(shè)計還應(yīng)該考慮用戶的心理和行為習(xí)慣，以提供更好的用戶體驗。此外，人機交互還涉及到交互設(shè)備的研究。隨著技術(shù)的發(fā)展，交互設(shè)備也在不斷更新和改進(jìn)。例如，觸摸屏、觸摸板、鼠標(biāo)、鍵盤、手寫筆等都是常見的交互設(shè)備。同時，隨著語音識別和自然語言處理技術(shù)的發(fā)展，語音交互也成為人機交互的重要方式之一?？傊?，人機交互是一門綜合性的技術(shù)，旨在提高人與計算機之間的交互效率和用戶體驗。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人機交互的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴展，包括智能家居、智能交通、醫(yī)療保健、教育等各個方向。圖3-1人機交互3.2人機交互的應(yīng)用隨著科技的不斷進(jìn)步，人機交互技術(shù)在過去的幾十年中取得了顯著的進(jìn)步。下面將介紹一下人機交互技術(shù)的現(xiàn)狀，主要包括交互技術(shù)發(fā)展、自然語言處理、視覺交互研究、情感計算研究、以及人機協(xié)同研究REF_Ref6485\w[13]等方面。1.交互技術(shù)發(fā)展。在人機交互技術(shù)領(lǐng)域，一些新穎的交互方式，如虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等，已經(jīng)開始在教育、娛樂、消費電子產(chǎn)品、醫(yī)療等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)為用戶提供了更加便捷、高效、自然的交互體驗。2.自然語言處理。自然語言處理（NLP）是讓計算機理解和處理人類語言的一種技術(shù)。近年來，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在NLP領(lǐng)域取得了重大突破，使得機器能夠更好地理解人類語言，并在文本分類、情感分析、機器翻譯等方面展現(xiàn)出強大的能力。3.視覺交互是讓人機交互更加直觀的技術(shù)。計算機視覺技術(shù)可以通過對圖像和視頻進(jìn)行分析，實現(xiàn)對目標(biāo)物體的識別、跟蹤和測量等功能。此外，計算機視覺還可以應(yīng)用于手勢識別、面部表情識別等領(lǐng)域，使得人機交互更加自然、人性化。4.情感計算是通過計算機技術(shù)分析人的情感狀態(tài)的一種方法。情感計算可以應(yīng)用于人機交互中，讓機器能夠感知和理解用戶的情緒，從而提供更加個性化的服務(wù)。例如，在智能客服領(lǐng)域，情感計算可以幫助企業(yè)更好地了解客戶需求和反饋，提高客戶滿意度。5.人機協(xié)同是一種將人類智能和計算機智能相結(jié)合的方法。通過人機協(xié)同，人類和機器可以相互協(xié)作，共同完成任務(wù)。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，人機協(xié)同可以幫助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷和治療方案的制定；在金融領(lǐng)域，人機協(xié)同可以幫助銀行進(jìn)行風(fēng)險評估和信貸審批等工作。3.3本章小結(jié)本章的主要工作是了解一下人機交互的工作流程以及工作原理，并且對人機交互的應(yīng)用進(jìn)行了著重介紹，主要包括交互技術(shù)發(fā)展方向、自然語言處理、視覺交互、情感計算和人機協(xié)同等等。在接下來的章節(jié)中，將重點介紹人機交互平臺的設(shè)計與實現(xiàn)所做的工作準(zhǔn)備。

第四章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互設(shè)計4.1人機交互系統(tǒng)需求分析本課題的康復(fù)訓(xùn)練平臺是一款基于CycleMotus?智能電動訓(xùn)練車的AndroidAPP，該設(shè)備是傅利葉公司旗下的一款針對癱瘓患者的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，運用該設(shè)備可以實現(xiàn)通過上位機app控制下位機康復(fù)訓(xùn)練車達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的一個目的。該設(shè)備在家可以根據(jù)肢體力量和訓(xùn)練目標(biāo)，通過手機app進(jìn)行切換訓(xùn)練模式。訓(xùn)練車本身有被動模式，主動模式。被動模式主要用于無力量訓(xùn)練和熱身，促進(jìn)血液循環(huán)和放松肌肉，當(dāng)被動訓(xùn)練進(jìn)行到一定階段后可以進(jìn)行主動訓(xùn)練，主要是有氧力量訓(xùn)練，刺激心血管系統(tǒng)。CycleMotus?智能電動訓(xùn)練車全身采用橙白搭配，給人一種放松的心理暗示，手柄設(shè)計手腳兩用，無論是坐著，還是躺著，都能進(jìn)行訓(xùn)練，如圖4-1所示。圖4-1傅里葉智能康復(fù)腳踏車人機交互系統(tǒng)是整個康復(fù)訓(xùn)練控制系統(tǒng)中的重中之重，針對康復(fù)訓(xùn)練機器人人機交互界面需要成分提現(xiàn)易懂、簡單、實用的基本原則REF_Ref6485\r\h[13]。設(shè)計界面盡量與保持一致性，可以給患者帶來直觀性與易用性。圖標(biāo)和圖像盡量形象化，例如運動訓(xùn)練結(jié)束時的倒計時、警鐘、計算器等等。其次要考慮到界面的有效性，不能一味的追求直觀性和易用性。人機交互的核心主義就是讓患者能夠在系統(tǒng)的幫助下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，這需要記錄下患者的相關(guān)信息，了解患者的康復(fù)情況，在康復(fù)訓(xùn)練是精確的選擇需要的模式、調(diào)整參數(shù)、控制啟停、掌握患者的運動情況。所以，交互系統(tǒng)需要以下功能：1.控制功能：可以控制康復(fù)訓(xùn)練的啟停，選擇需要的康復(fù)訓(xùn)練的模式，設(shè)定訓(xùn)練參數(shù)以及配備緊急制動功能。2.通信功能：在通過連接時，能夠進(jìn)行雙向通信，并保證傳輸數(shù)據(jù)時的傳輸速度以及穩(wěn)定性。3.管理功能：患者的登錄用戶以及密碼的設(shè)置，患者的個人基本信息和康復(fù)訓(xùn)練信息的儲存。4.2人機交互功能模塊設(shè)計根據(jù)患者用戶的需求，我的交互功能主要包括用戶登錄模塊、患者信息模塊、康復(fù)訓(xùn)練模塊、主菜單模塊等等。人機交互系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要部分，想提高病人的康復(fù)治療效果，減輕醫(yī)師的工作量，就需要交互系統(tǒng)的多功能化，智能化以及訓(xùn)練模式的多樣性，根據(jù)人機交互系統(tǒng)的需求，我將所需的大模塊部分分解為小模塊，如圖4-2所示。圖4-2人機交互功能模塊4.3康復(fù)訓(xùn)練設(shè)計康復(fù)訓(xùn)練設(shè)計是康復(fù)訓(xùn)練中必不可少的一個環(huán)節(jié)，一個目的明確，訓(xùn)練方向準(zhǔn)確的方案對于患者的恢復(fù)來說無疑可以大大減少他們的時間成本以及金錢成本。對于擁有上下肢功能障礙的患者來說，康復(fù)訓(xùn)練能夠科學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)行，可以慢慢的恢復(fù)他們本來擁有的功能。對于病因不一樣，康復(fù)時期也不一樣的患者來說，他們的病情差異略有偏差，就會導(dǎo)致一種情況發(fā)生，他們所需要的康復(fù)訓(xùn)練方案就不一樣，這需要患者與醫(yī)生進(jìn)行溝通后制定對應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練，這就要求上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互平臺需要能夠為患者提供系統(tǒng)的康復(fù)策略，所以需要考慮到全方面來使康復(fù)訓(xùn)練人機交互平臺面向更多的患者?？紤]到每一個患者具有的差異性，各個恢復(fù)情況不一樣，針對他們而設(shè)計了一個訓(xùn)練系統(tǒng)，康復(fù)功能框架如圖4-3所示。圖4-3康復(fù)訓(xùn)練框架圖被動訓(xùn)練適合剛開始康復(fù)的患者，由于患者肢體不協(xié)調(diào)，力量不足，需要康復(fù)機器人給患者提供助力，完全依賴于康復(fù)訓(xùn)練機器人的助力為其提供動力帶動進(jìn)行被動康復(fù)訓(xùn)練。主動訓(xùn)練適合康復(fù)中后期的患者，這個時期的患者因為前期的大量往復(fù)訓(xùn)練肌肉以及擁有了一定的力量以及肌肉記憶，這時的康復(fù)訓(xùn)練機器人只是起到一個輔助的作用。阻抗訓(xùn)練適合康復(fù)后期的患者，這個時期的患者已經(jīng)擁有了一定的自主行動能力，主要目的是為了增加患者的自身力量，起到一個提供方向阻力的作用。4.3.1被動訓(xùn)練設(shè)計康復(fù)訓(xùn)練初始階期的患者，自我協(xié)調(diào)力以及力量不夠，只能夠通過康復(fù)訓(xùn)練機器人進(jìn)行被動訓(xùn)練，為了滿足不同患者的康復(fù)需求，被動康復(fù)訓(xùn)練分為3個等級，由于處于初始恢復(fù)階段，訓(xùn)練時間設(shè)置為10分鐘或20分鐘，訓(xùn)練模式為往復(fù)周轉(zhuǎn)模式，但是患者在康復(fù)訓(xùn)練前需要與醫(yī)生確定自我的痙攣程度以及應(yīng)使用什么級別的等級進(jìn)行訓(xùn)練，以防范患者訓(xùn)練過載，導(dǎo)致造成負(fù)面效果。被動康復(fù)訓(xùn)練控制框架圖如圖4-4所示。圖4-4被動康復(fù)訓(xùn)練框架圖4.3.2主動訓(xùn)練設(shè)計主動訓(xùn)練是被動訓(xùn)練的下一階段，由于患者在進(jìn)行被動訓(xùn)練時沒有自主進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，所以康復(fù)的功效限，而且患者長時間進(jìn)行被動訓(xùn)練，沒有自我意識，容易造成厭倦的情緒，考慮到患者的身心以及康復(fù)的信心，提高康復(fù)訓(xùn)練的效果是很重要的。主動訓(xùn)練是患者自主進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的一個運動行為，控制框圖如圖4-5所示，主要分為主動助力以及阻抗訓(xùn)練模式。圖4-5主動康復(fù)訓(xùn)練框架圖1.主動助力模式是作為患者在進(jìn)行一段時間被動訓(xùn)練后的進(jìn)階訓(xùn)練，這個時候的患者雖然可以有所恢復(fù)，但是還不能完全自主運動，還需要康復(fù)訓(xùn)練機器人的協(xié)助，所以主動助力模式能夠給患者提供一個助力，輔佐患者完成運動。2.阻抗訓(xùn)練模式是主動助力模式的進(jìn)階訓(xùn)練，屬于康復(fù)訓(xùn)練的中后期，患者的自身力量恢復(fù)的不錯，這個模式會給予患者一個相反的力，需要設(shè)置阻抗的等級以及運動速度，可以形成一個反推的力來對患者形成一個阻抗的效果，不過這需要與醫(yī)生進(jìn)行交流，讓其確定患者準(zhǔn)確的訓(xùn)練等級，減少患者在訓(xùn)練中的不適感。4.3.3反饋機制交互反饋機制是一種在人機交互過程中，通過收集、分析、處理和響應(yīng)用戶反饋信息，以優(yōu)化和提升交互體驗的重要機制REF_Toc26747\r\h[14]。主要分為反饋收集、反饋分析、反饋處理、反饋響應(yīng)四個方面。首先反饋收集患者的意見、建議以及問題，實時監(jiān)測患者的操作行為甚至是情緒變化，其次對收集的信息進(jìn)行整理、分類、歸納和評估，然后對反饋信息進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，最后將優(yōu)化后的信息對患者及時的反饋回去并溝通。4.4本章小結(jié)本章主要工作是分析康復(fù)訓(xùn)練人機交互系統(tǒng)的需求和設(shè)計需要實現(xiàn)的康復(fù)訓(xùn)練功能，經(jīng)分析，要想進(jìn)行準(zhǔn)確的康復(fù)訓(xùn)練并在最后對康復(fù)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和反饋，需要實現(xiàn)控制模塊、通信模塊以及管理模塊來進(jìn)行精準(zhǔn)操控，在接下來的章節(jié)里，將會實現(xiàn)并展示以上所設(shè)計的功能。

第五章上下肢康復(fù)訓(xùn)練的人機交互實現(xiàn)5.1開發(fā)工具和平臺Androidstudio所擁有的龐大Android數(shù)據(jù)模塊能夠完成上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互的AndroidAPP，該APP命名為康復(fù)新林，使用java以及kotlin語言進(jìn)行開發(fā)，并使用SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存，再通過Fastble作為上位機與下位機的通信連接上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人與AndroidAPP。5.2系統(tǒng)界面及功能的實現(xiàn)系統(tǒng)界面對與一個Android康復(fù)訓(xùn)練平臺來說，是一個面向患者的平臺，它的美觀性和簡易性是至關(guān)重要的，是患有中風(fēng)患者與上下肢康復(fù)機器人進(jìn)行交互的唯一方式，患者將康復(fù)訓(xùn)練所需要的數(shù)據(jù)通過平臺發(fā)送給訓(xùn)練小車，達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的目的。5.2.1用戶注冊登錄模塊該交互平臺式面向患者設(shè)計的，使用這個平臺可以更便捷、高效的為患者提供康復(fù)治療。用戶打開APP后，第一次登錄需要注冊專屬于自己的用戶名及密碼，平臺會判斷數(shù)據(jù)庫中有匹配的記錄，登錄成功即可開始康復(fù)訓(xùn)練，反之會有登錄失敗的提醒，登錄注冊界面如圖5-1所示。圖5-1登錄注冊模塊為了確保登錄的正確性，我們需要一個初始登錄界面來顯示用戶名與賬號，來確保用戶的準(zhǔn)確性，如圖5-2所示。圖5-2最初登錄畫面5.2.2康復(fù)訓(xùn)練模塊康復(fù)訓(xùn)練的肢體根據(jù)患者的需求分為上肢訓(xùn)練和下肢訓(xùn)練兩種選擇，模式分為主動模式和被動模式兩種訓(xùn)練模式，主動訓(xùn)練和被動訓(xùn)練模式大不相同，主動訓(xùn)練是人為自主運動，阻抗需要分為3個等級，主要是因為患者個體不同，患病程度也大不相同，所以需要分為三個等級區(qū)分開來，而被動訓(xùn)練完全由康復(fù)訓(xùn)練機器人全程帶著運動，適宜剛剛進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的患者，不需要設(shè)置阻抗等級，設(shè)置運動速度為25r/min。工作時間分為10分鐘和20分鐘兩個時間段，這兩個時間段是經(jīng)過科學(xué)實驗計算出來的最佳訓(xùn)練時間，不會造成太大的負(fù)荷?？祻?fù)訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置模塊如圖5-3。圖5-3康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù)設(shè)置完成后，點擊開始訓(xùn)練后會根據(jù)你選的訓(xùn)練時長進(jìn)入一個對應(yīng)的訓(xùn)練倒計時，進(jìn)入倒計時畫面直接開始倒計時，點擊“暫?！卑粹o，康復(fù)訓(xùn)練馬上停止。點擊“繼續(xù)”按鈕，訓(xùn)練小車會繼續(xù)進(jìn)行訓(xùn)練。如果患者在訓(xùn)練過程中感到身體不適或者遇到其他的問題，可以隨時點擊“結(jié)束”按鈕，康復(fù)訓(xùn)練直接暫停并時間清除，保證患者安全。訓(xùn)練界面如圖5-4所示。圖5-4訓(xùn)練界面5.2.3無線通信模塊的實現(xiàn)為了Android移動端能夠?qū)ο挛粰C進(jìn)行命令指示，無線通信是至關(guān)重要的一環(huán)，從而實現(xiàn)對康復(fù)訓(xùn)練小車的控制。在眾多無線通信技術(shù)中，我選擇了Fatstble藍(lán)牙通信技術(shù)，通常情況下我們對藍(lán)牙的操作有開啟和關(guān)閉藍(lán)牙、搜索周邊設(shè)備、能被周邊設(shè)備識別、獲取配對設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。而要對康復(fù)訓(xùn)練小車進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練工作參數(shù)的設(shè)置，要使用到read()讀與write()寫的功能，需要通過藍(lán)牙通信協(xié)議對康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置相對應(yīng)的控制命令，數(shù)據(jù)格式為通信幀頭標(biāo)識+數(shù)據(jù)長度+命令碼+數(shù)據(jù)字節(jié)+校驗字。上位機發(fā)送給下位機的幀頭表示為“M->S”,下位機發(fā)送的為“M-<S”，參數(shù)命令為0x13，對康復(fù)訓(xùn)練進(jìn)行工作參數(shù)的設(shè)置。例如，被動訓(xùn)練的參數(shù)設(shè)置為（0x4D0x2D0x3E0x530x090x130x010x020x010x030x050x060x000x000x42）。作為一個面向患者的app，便捷肯定是很重要的，所以需要把命令碼簡化為一個按鍵或者選擇器就能實現(xiàn)，所以需要先實現(xiàn)上位機與下位機的連接，而我使用的Fastble是一個基于藍(lán)牙技術(shù)的快速開發(fā)框架，用于在Android應(yīng)用中實現(xiàn)藍(lán)牙連接和通信功能。它封裝了Android藍(lán)牙API，簡化了藍(lán)牙設(shè)備的發(fā)現(xiàn)、連接和數(shù)據(jù)傳輸過程，幫助開發(fā)人員更快速、更便捷地實現(xiàn)藍(lán)牙相關(guān)功能。通信界面如圖5-5所示。圖5-5無線通信模塊5.3數(shù)據(jù)庫存儲模塊的實現(xiàn)在這里采用SQLite數(shù)據(jù)庫存儲患者的個人信息，Android系統(tǒng)集成了一種輕量型數(shù)據(jù)庫SQLite，完全足夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)管理及儲存的需求?；贏ndroid系統(tǒng)中SQLiteOpenHelper類和SQLiteDatabase的相關(guān)方法，實現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練人機交互平臺中的數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建以及操作。對比其他的數(shù)據(jù)庫而言，SQLite數(shù)據(jù)庫高效且輕量，與其他SQL數(shù)據(jù)庫在語法和常用的功能上差別不大，但是在處理速度上卻更為高效。SQLite數(shù)據(jù)庫支持C、java等多種語言編程接口，并且可以在很多種操作系統(tǒng)中使用，比如Linx、Unix、Windows等等，并且由于SQLite數(shù)據(jù)庫無需安裝和管理配置，令SQLite數(shù)據(jù)庫在實際的使用過程中更加快捷與方便。其數(shù)據(jù)類型采用的是動態(tài)數(shù)據(jù)類型REF_Ref10697\w\h[15]，如圖5-6所示，有NULL、INTEGER、REAL、TEXT、和BLOB五種基本數(shù)據(jù)類型。圖5-6SQLite的五種基本數(shù)據(jù)類型基于AndroidStudio平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的編寫主要涉及到SQLite數(shù)據(jù)庫的兩個類，分別是SQLiteDatabase類、SQLiteOpenHelper類。其中SQLiteDatabase類為數(shù)據(jù)庫訪問類，使用該類可以完成對數(shù)據(jù)庫的查詢、刪除、添加、更新等操作。SQLiteOpenHelper類為抽象類，負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)庫和對數(shù)據(jù)庫版本的設(shè)置，程序通過繼承此類來實現(xiàn)創(chuàng)建、打開、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫操作。結(jié)合上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互系統(tǒng)的需求，患者信息說明分為姓名、性別、身高、體重和備注五種信息。患者信息登記表設(shè)計如圖5-7所示。序號字段名數(shù)據(jù)類型說明1nameTEXT姓名2genderTEXT性別3HeightTEXT身高4weightTEXT體重5remarkTEXT備注圖5-7患者信息登記表用戶信息模塊如圖所示。圖5-8用戶信息模塊5.4本章小結(jié)本章主要重點針對上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互式平臺的實現(xiàn)與功能介紹，滿足人機交互系統(tǒng)的功能需求，從用戶模塊，康復(fù)訓(xùn)練模塊以及通信和數(shù)據(jù)儲存模塊幾個模塊出發(fā)，逐個使用java語言通過AndroidStudio開發(fā)平臺對這幾個功能模塊進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互平臺的各個功能，可以使實現(xiàn)輔佐醫(yī)生為更多的患者提供康復(fù)訓(xùn)練。

測試與評估6.1無線通訊模塊測試無線通信測試就是康復(fù)機器人和上位機的通訊測試，通過上位機來發(fā)送命令或者申請讀取寄存器的請求，將康復(fù)訓(xùn)練機器人作為下位機來接受主機發(fā)送過來的命令或請求。在進(jìn)行測試時，使用Bluetooth中的write()和read()功能，查詢下位機是否接收到上位機所發(fā)送的命令和請求。0x4D，0x2D，0x3E，0x05，為上位機發(fā)送命令到下位機的幀頭，0x09為數(shù)據(jù)字節(jié)長度，0x13為命令碼，0x01,0x02,0x01,0x20,0x15,0x06,0x01,0x00表示被動模式，開始訓(xùn)練，運動方向為正方向，訓(xùn)練時長為20分鐘，運動速度為25米每分鐘，痙攣等級為6，智能阻力關(guān)閉，阻力為0，最后的0x4A為校驗位，如圖6-1所示。圖6-1無線通信測試6.2登錄注冊模塊測試在每個患者在使用設(shè)備之前，需要登錄屬于自己的賬戶，才能在客戶端上登錄成功，否則登錄不成功，這時候就要進(jìn)行注冊屬于自己的賬號，如圖6-2所示，注冊成功后會跳轉(zhuǎn)到登錄界面。圖6-2注冊成功展示圖注冊完成后就可以進(jìn)行登錄了，登錄成功會跳轉(zhuǎn)到初級登錄界面，繼承登錄時的賬號，通過一個文本展示出來，如圖6-3所示，再點擊登錄按鈕就可以跳轉(zhuǎn)到康復(fù)訓(xùn)練測試界面。圖6-3初級登錄界面6.3康復(fù)訓(xùn)練模塊測試康復(fù)訓(xùn)練模塊測試是指在上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互式平臺向康復(fù)訓(xùn)練機器人發(fā)送命令去控制機器人的運動，看是否能夠正常啟動、停止、加大訓(xùn)練難度，調(diào)試主動訓(xùn)練和被動訓(xùn)練等。首先將康復(fù)機連接上電源，康復(fù)訓(xùn)練機搭建的實物圖如圖6-4所示。圖6-4康復(fù)機實物圖調(diào)整好腳踏板的位置之后，設(shè)置下肢訓(xùn)練，訓(xùn)練模式為被動訓(xùn)練，被動訓(xùn)練速度為25r/min，訓(xùn)練時長為10分鐘。設(shè)置完訓(xùn)練參數(shù)后，點擊開始訓(xùn)練進(jìn)入訓(xùn)練界面，此時康復(fù)訓(xùn)練機器人開始轉(zhuǎn)動，點擊暫停，速度就會減到0暫停訓(xùn)練，在實際測試過程中康復(fù)機器人可以按照發(fā)送的命令正確運動。測試實物圖如圖6-5所示。圖6-5下肢訓(xùn)練實物圖測試完下肢訓(xùn)練就要開始測試上肢訓(xùn)練了。此時進(jìn)行的是上肢訓(xùn)練的主動訓(xùn)練模式，主動訓(xùn)練不需要設(shè)置運動速度，運動速度取決于患者的康復(fù)情況，不過要進(jìn)行阻力的設(shè)置，在平臺中設(shè)置上肢訓(xùn)練，訓(xùn)練模式為主動簡單模式，主動簡單模式阻力為3，運動時長為20分鐘。設(shè)置完參數(shù)后點擊開始訓(xùn)練，測試實物圖如6-6所示，在實際測試中也可以根據(jù)命令進(jìn)行正確的運動。圖6-6上肢訓(xùn)練實物圖

總結(jié)與展望本文成功設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于Android系統(tǒng)的一個高效穩(wěn)定安全的上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人人機交互式平臺，通過軟件的功能模塊設(shè)計和ui界面的優(yōu)化實現(xiàn)了對患者用戶友好的操作體驗，使得大部分年齡段患者都能自主完成康復(fù)訓(xùn)練，上下肢功能訓(xùn)練是通過康復(fù)腳踏訓(xùn)練車來實現(xiàn)，同樣通過藍(lán)牙協(xié)議，與硬件設(shè)備康復(fù)腳踏訓(xùn)練車連接?？祻?fù)腳踏車由驅(qū)動單元和控制單元等組成。在訓(xùn)練的過程中，由綜合訓(xùn)練平臺發(fā)送訓(xùn)練操作指令，調(diào)節(jié)訓(xùn)練的難易程度，訓(xùn)練時長?？祻?fù)腳踏車接收到綜合訓(xùn)練平臺的操作指令后，依此來進(jìn)行相應(yīng)動作。在訓(xùn)練過程中，記錄各種訓(xùn)練數(shù)據(jù)，同時上傳數(shù)據(jù)到后臺，有利于用戶隨時查看上下肢功能的恢復(fù)情況分析，便于隨時制定訓(xùn)練計劃。上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人人機交互平臺系統(tǒng)雖然已經(jīng)初步完成了預(yù)期的功能，但是本文只是初步驗證了人機交互的可行性，為后期的人機交互提供一定的基礎(chǔ)，因為條件原因，并沒有真正的患者與康復(fù)醫(yī)師參與到項目里面來，也并沒有進(jìn)行遠(yuǎn)程評估制定訓(xùn)練規(guī)劃，評估系統(tǒng)的部分工作并未開展開來，該平臺仍然存在一些問題需要進(jìn)一步的改善，大概向著以下幾個方向改進(jìn)：1.目前，上下康復(fù)訓(xùn)練人機交互平臺還無法實現(xiàn)廣域網(wǎng)下進(jìn)行通信，只能夠在局域網(wǎng)下同步信息，因此下一步應(yīng)改善廣域網(wǎng)下康復(fù)訓(xùn)練的通信問題與連接問題。2.目前，上下肢康復(fù)訓(xùn)練人機交互平臺只能對患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，無法為患者提供更有趣的游戲結(jié)合訓(xùn)練，例如音樂播放激勵患者，開發(fā)一些小游戲與患者進(jìn)行交互，更進(jìn)一步可以實現(xiàn)配合VR眼鏡實現(xiàn)3D游戲與訓(xùn)練數(shù)據(jù)相結(jié)合，提高患者的神經(jīng)突觸恢復(fù)性，后續(xù)可針對這一問題進(jìn)行相關(guān)的研究，提高訓(xùn)練過程的趣味性。3.康復(fù)醫(yī)生與患者的交流更是重要的一個環(huán)節(jié)，患者訓(xùn)練后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸給醫(yī)生進(jìn)行評估，對患者給予針對性的指導(dǎo)，不再需要患者頻繁前往醫(yī)院進(jìn)行評估，因此，可以開發(fā)一個醫(yī)生與患者的交流界面，使得患者與康復(fù)醫(yī)師的溝通更加方便有效。綜上所述我相信本研究將為康復(fù)訓(xùn)練機器人的進(jìn)一步發(fā)