躺卧式vr康复系统
阅读说明：本技术 躺卧式vr康复系统 (Lying-down VR rehabilitation system ) 是由 蔡国恩 叶钦勇 蔡国发 陈滢 王迎青 翁艳红 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种躺卧式VR康复系统,它包括主控终端、VR视觉呈现装置、体感训练装置以及VR交互模块；所述体感训练装置包括可拆装连接在病床尾端的脚踏机构以及横向架设在病床左右侧床沿之间的车把转向机构；所述主控终端用于生成虚拟训练路线以及行驶在虚拟训练路线中的虚拟单车。本发明的目的在于提供一种躺卧式VR康复系统,可直接在病床上进行四肢的康复训练,不受场地限制。本发明的优点在于：本发明的体感训练装置包括脚踏机构和车把转向机构,脚踏机构和车把转向机构可直接安装在病患所在病床,无需病患移动至专门的康复室。(The invention relates to a lying-type VR rehabilitation system which comprises a main control terminal, a VR vision presenting device, a somatosensory training device and a VR interaction module, wherein the main control terminal is connected with the VR vision presenting device; the somatosensory training device comprises a pedal mechanism detachably connected at the tail end of the sickbed and a handlebar steering mechanism transversely erected between the left and right edges of the sickbed; the main control terminal is used for generating a virtual training route and a virtual bicycle running in the virtual training route. The invention aims to provide a lying-type VR rehabilitation system which can be used for performing rehabilitation training on four limbs directly on a sickbed and is not limited by a field. The invention has the advantages that: the somatosensory training device comprises a pedal mechanism and a handlebar steering mechanism, wherein the pedal mechanism and the handlebar steering mechanism can be directly installed on a sickbed where a patient is located without moving the patient to a special rehabilitation room.)
技术领域
本发明涉及医疗康复技术领域，特别是一种躺卧式VR康复系统。
背景技术
随着VR技术的快速发展，VR虚拟现实技术的应用范围也越来越广，尤其是随着周边硬件技术和内核开发软件技术的发展，使得VR显示技术更加成熟和完善。
现代社会由于脊柱损伤、脑卒、意外事故伤害等原因造成人体的神经受损，进而引发人体运动功能障碍已成为一种常见的疾病。传统的康复训练过程单调、枯燥，患者容易对训练失去兴趣，而且容易疲劳，导致训练效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种躺卧式VR康复系统，可直接在病床上进行四肢的康复训练，不受场地限制。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种躺卧式VR康复系统，它包括主控终端、VR视觉呈现装置、体感训练装置以及VR交互模块；所述体感训练装置包括可拆装连接在病床尾端的脚踏机构以及横向架设在病床左右侧床沿之间的车把转向机构；所述主控终端用于生成虚拟训练路线以及行驶在虚拟训练路线中的虚拟单车；所述VR交互模块与主控终端连接，其用于向主控终端输入虚拟单车在虚拟训练路线中的前进路程以及方向；VR交互模块包括用于测定脚踏机构蹬转所对应距离的行程感应器以及用于测定车把转向机构转动角度的角度感应器；VR视觉呈现装置包括显示屏、位置传感器以及三轴陀螺仪，VR视觉呈现装置根据训练者头部转动姿态，三轴陀螺仪通过主控终端中图像引擎调整当前显示图像。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：
本发明的体感训练装置包括脚踏机构和车把转向机构，脚踏机构和车把转向机构可直接安装在病患所在病床，无需病患移动至专门的康复室。
体感训练装置配合VR视觉呈现装置，训练者不仅可以进行四肢的康复训练，还能享受在山川丛林间蜿蜒曲折前行的体验，大大提高了康复训练的乐趣和效果。
虚拟训练路线设计有主路线、分支路线、上坡段以及下坡段，配合VR交互模块可以达到仿真的交互体验，如岔口转向、上坡的阻力以及下坡的助力。
附图说明
图1是本发明一种躺卧式VR康复系统实施例的结构示意图。
标号说明：1固定座、2曲轴、3飞轮、4锁定件A、5电磁阻力器、6驱动电机、7横向支架、8车把、9立管、10锁定件B、11行程感应器、12角度感应器、13刹车手柄。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
如图1所示为本发明提供的一种躺卧式VR康复系统的实施例示意图。
一种躺卧式VR康复系统，它包括主控终端、VR视觉呈现装置、体感训练装置以及VR交互模块；
所述体感训练装置包括可拆装连接在病床尾端的脚踏机构以及横向架设在病床左右侧床沿之间的车把转向机构；
所述主控终端用于生成虚拟训练路线以及行驶在虚拟训练路线中的虚拟单车；所述VR交互模块与主控终端连接，其用于向主控终端输入虚拟单车在虚拟训练路线中的前进路程以及方向；VR交互模块包括用于测定脚踏机构蹬转所对应距离的行程感应器11以及用于测定车把转向机构转动角度的角度感应器12；
VR视觉呈现装置包括显示屏、位置传感器以及三轴陀螺仪，VR视觉呈现装置根据训练者头部转动姿态，三轴陀螺仪通过主控终端中图像引擎调整当前显示图像。VR视觉呈现装置为VR眼镜。
所述虚拟训练路线包括主路线和分支路线；
当虚拟单车骑行至主路线和分支路线的岔口时，通过角度感应器12测定车把转向机构的转动方向，进而选择行进路线。
车把转向机构没有信号输入时，虚拟单车默认驶入主路线。
所述虚拟训练路线上设有上坡段和/或下坡段。
所述VR交互模块还包括用于向脚踏机构施加阻力的电磁阻力器5；
当虚拟单车骑行至虚拟训练路线的上坡段时，电磁阻力器5向脚踏机构施加阻力，用于模拟上坡骑行阻力。
所述车把转向机构上设有用于主动控制电磁阻力器5的刹车手柄13。
所述VR交互模块还包括用于向脚踏机构提供动力的驱动电机6，当虚拟单车骑行至虚拟训练路线的下坡段时，驱动电机6向脚踏机构提供动力，用于模拟下坡骑行助力。
所述虚拟训练路线的两侧还生成有虚拟场景。
虚拟训练路线两侧的虚拟场景为森林、山峰、湖泊或海洋。
虚拟场景采用风景名胜，不仅可以愉悦训练者的身心，缓解疲劳，还能激发训练者探索的动力，进而达到更好的康复效果。
所述脚踏机构包括固定座1、曲轴2、飞轮3以及传动组件；
所述固定座1支撑在病床床板上，固定座1的后侧设有连接在病床后挡板上的卡扣部，卡扣部上设有锁定件A4；所述曲轴2和飞轮3均转动连接在固定座1上，传动组件连接在固定座1和飞轮3之间，曲轴2上设有踏板。
所述锁定件A4为螺栓，卡扣部上设有容螺栓穿过的螺孔。
所述车把转向机构包括横向支架7、车把8以及立管9；
所述横向支架7的两侧设有用于固定在病床床沿的锁定件B10，所述立管9固定在车把8中部，且立管9转动连接在横向支架7上。
所述电磁阻力器5设置在飞轮3的外侧沿，其刹车的初始阻力系数可以调节，用于控制康复训练的强度。
所述行程感应器11设置在飞轮3的旁侧，飞轮3的轮面上设有若干以其转轴为中心环形对称分布的感应点，行程感应器11通过计数经过的感应点来测算飞轮转动对应的距离。
行程感应器11也可以采用编码器，编码器与飞轮3同步转动，进而自动测算飞轮转动对应的距离。
本发明的工作原理如下：
1.医护人员将脚踏机构架设在病床尾端，接着通过锁定件A4进行固定；并将车把转向机构横设在病床两侧床沿(或侧护栏)之间，调节好位置后，再通过锁定件B10进行固定。
2.训练者穿戴好VR眼镜，将双脚放置在脚踏机构的踏板上，双手握住车把转向机构上的车把8。
3.主控终端载入预先设计好的虚拟训练路线以及虚拟单车，虚拟单车上设有虚拟骑行者，VR眼镜上显示的是虚拟骑行者的第一人称的视角，三轴陀螺仪通过主控终端中图像引擎调整当前显示图像。
4.训练者双脚蹬转踏板时，曲轴2带动飞轮3转动，行程感应器11计算飞轮3转动所对应距离，并实时向主控终端输入数据，主控终端控制虚拟单车在虚拟训练路线的前进距离。
5.当虚拟单车骑行至主路线和分支路线的岔口时，可通过角度感应器12测定车把转向机构的转动方向，进而选择行进路线；
在一简化实施例中，虚拟单车在主路线或分支路线上均沿单一轨迹(包括直线段和弯道段)行驶，上述过程中主控终端不对角度感应器12的数据进行反应，而当虚拟单车遇到岔口时才根据角度感应器12的数据进行路线选择；
进一步的，虚拟训练路线可设置联动车把转向机构的弯道段，当虚拟单车经过弯道段时，要求车把8的转动角度必须达到一定的数值范围时，才能顺利通过该弯道段，否则提示训练失败；
再进一步的，主路线或分支路线均设置一定的道路宽度，虚拟单车的进行方向实时联动车把转向机构，要求训练者在脚踏过程中时刻把控车把8方向，否则会冲出道路，提示训练失败。
6.当虚拟单车骑行至虚拟训练路线的上坡段时，电磁阻力器5向脚踏机构施加阻力，用于模拟上坡骑行阻力；
当虚拟单车骑行至虚拟训练路线的下坡段时，驱动电机6向脚踏机构提供动力，用于模拟下坡骑行助力。
7.训练完成后，医护人员将脚踏机构和车把转向机构拆卸即可。
本发明还可以根据病患的康复等级进行调节。严重病患可以直接将双脚绑定在踏板上，通过驱动电机6带动双脚进行被动的训练。而一般病患则可以在康复过程中调节电磁阻力器5的刹车阻力系数，逐渐增强康复训练的强度。
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