SEMG测量电路在外骨骼上肢康复机器人中的应用

SEMG是一种复杂且微弱的生理信号,在其检测过程中存在许多影响检测精度和可靠性的因素。通过分析表面肌电信号采集过程中的噪声源,针对信号幅值小,信噪比低,易受干扰,难以准确获取的特点,设计了前端采集及信号处理电路,经过滤波、屏蔽、隔离等措施,用于外骨骼上肢康复机器人中拾取前臂的SEMG信号。实验表明,该电路能够有效滤除噪声,抑制工频干扰,满足SEMG信号的测量要求。     

下肢外骨骼康复机器人的研究与发展

近年来,脑血管疾病的发病率越来越高。众所周知,脑血管疾病引起中枢神经系统损伤,中枢神经系统损伤的患者日常活动能力受限,而解决这些问题已成为重要的研究课题。随着外骨骼机器人研究不断发展,辅助人体进行日常活动的需求得到有效回应。本文将从国内及国外两个方面综合阐述目前下肢外骨骼康复机器人的研究现状,以及关键技术及发展,从研究和开发角度对康复机器人的发展方向进行详述。     

两肢通用型上肢康复机器人系统设计与研究

随脑卒中等上肢运动功能障碍患者逐渐增多,上肢康复机器人的应用越来越广泛。针对现有上肢康复机器人存在质量较大、结构不紧凑、人机融合性差、移动不便以及仅适用于单侧肢体康复等问题,设计了一种满足左右两肢康复的通用型外骨骼上肢康复机器人。首先对上肢康复机器人整体结构采用SOLIDWORKS进行建模;其次围绕上肢康复机器人控制系统,阐述了机器人基于CAN总线的软硬件系统开发;最后,为验证设计的准确性,使用ADAMS进行了运动学和动力学仿真,加工出实物样机,进行多种模式的康复训练实验。实验结果表明：所设计上肢康复机器人可满足患者康复训练需求。     

下肢康复机器人肌电感知与人机交互控制方法

下肢康复机器人以其诸多的优势而逐步取代传统的康复治疗手段。在论述下肢康复机器人及其人机交互控制方法研究现状的基础上,针对下肢康复机器人对患者运动意图与运动能力感知的双重需求,提出了一种基于表面肌电信号的受试者运动状态的精密感知方法,包括表面肌电快速识别人体步态事件、表面肌电连续解码人体下肢关节运动角度,以及表面肌电定量预测人体下肢主动关节力矩。为了实现患者自主引导和下肢康复机器人按需辅助训练,深入讨论分析了下肢康复机器人的系统设计和基于表面肌电精细感知的人机交互控制方法。最后,展望了下肢康复机器人的未来研究方向与内容。     

上肢康复机器人控制系统设计

在传统治疗方法中主要由医务人员来辅助偏瘫患者完成康复训练,为减轻医务人员的劳动强度、提高康复训练的效果,基于阻抗控制方法为四自由度上肢康复机器人设计控制系统,实现康复机器人辅助患者完成康复训练。对控制方法进行分析后基于工业控制计算机搭建硬件平台,并分别对单关节运动、多关节连动进行理论分析、软件仿真,信号测试和样机实验。基于阻抗控制的上肢康复机器人控制系统能实现辅助患者完成沿规划轨迹的被动训练和跟随患者运动意识的主动训练。     

上肢康复机器人建模与力反馈控制策略实验研究CSCD

为改善患者在使用上肢康复机器人过程中的人机交互感,提升康复训练中人的体验感,在经典控制策略中加入力反馈环节。建立基于力反馈控制算法的上肢康复机器人控制模型。基于Simulink对力反馈控制算法进行仿真,获取实验结果并进行验证分析。通过仿真实验能够得出力反馈控制算法的有效性,并利用上肢康复机器人进行实验验证。实验结果表明该力反馈控制模型的有效性患者主动参与康复训练的目的。     

上肢康复机器人运动学分析与康复运动规划

在分析五自由度外骨骼式上肢康复机器人特点的基础上,对康复机器人运动学与康复运动规划进行了研究。选用几何法逆运动学分析,在逆解存在多组解的情况下,以"关节运动程度均衡"作为评价标准来选取一组适合康复运动的解。提出了3种康复运动模式,并针对这些模式进行康复运动规划,以实现安全康复运动功能。     

上肢康复机器人的结构设计

针对脑卒中患者对上肢康复训练需求较大的问题,对上肢康复机器人进行了结构设计。这一上肢康复机器人选用医学上肢康复最常用的五个自由度结构作为基本构造,组成肩关节、肘关节、腕关节、机架四个部分,能够适应不同患者的手臂长度。通过电机控制各构件的不同旋转角度,进而控制上肢康复机器人运动,完成各种动作。建立运动学模型,得到上肢康复机器人的Denavit-Hartenberg坐标系和参数。     

下肢康复机器人主动康复策略研究

为了更好地辅助脑卒中等下肢偏瘫患者通过康复训练恢复基本行走能力,将机器人应用于康复医学领域,解决康复医师紧缺、康复冗余等问题。为了进一步提高下肢康复机器人辅助患者训练的灵活性,基于随机森林算法进行下肢运动意图研究。通过Noraxon肌电传感器采集并预处理人体表面肌电信号,利用随机森林算法分类提取的具有代表性的肌电信号,预判患者的动作意图为平地行走、上楼梯或下楼梯。模型对比表明,随机森林分类模型的识别成功率最高,可以辅助康复机器人带动患者进行主动训练。设计的机器人既节约了医疗康复资源,又提高了患者的康复效果和参与训练的积极性。     

上肢康复机器人关键技术研究进展

上肢运动功能的丧失或减弱严重降低患者生活质量,机器人助力康复训练技术能有效地促进患者上肢运动功能的恢复.本文对上肢康复机器人现状进行了文献追踪研究,将上肢康复机器人分为外骨骼式和末端牵引式两大类,并围绕各自的结构、驱动形式、人机交互性、控制策略、训练模式、适用关节等多项技术进行总结对比,提出了上肢康复机器人在医、工结合...     

五自由度上肢康复机械手臂的雅戈比逆矩阵

康复机器人是目前研究的热点方向之一,针对五自由度上肢康复机械手臂,通过ADAMS建立了康复手臂的几何仿真模型。在运动学分析的基础上,求解5个自由度θ1-θ5微分的解析解,得到了五自由度康复机械手臂的雅戈比逆矩阵,并对相关自由度进行了加速度仿真分析,为完善康复手臂的控制效果提供了依据。     

Design of general-purpose assistive exoskeleton robot controller for upper limbs

Journal of Mechanical Science and Technology - Though research and development on exoskeleton robots have been active recently, the results have limitations in terms of independence from robot...     

手臂康复机器人的动力学分析

介绍的手臂康复训练机器人可用于因受外伤或疾病造成的手臂运动障碍患者.它可以实现水平面和竖直面的轨迹运动,具有主动和阻尼2种工作模式,能够对肩关节、肘关节进行训练.分析了机器人的结构及其动力学模型,将人的手臂简化为圆台型刚体,关节简化为绕固定轴转动的回转关节,采用Matlab/Simulink的Mechanics构建了包括康复训练机器人和人的手臂在内的整个康复训练系统的动力学模型,仿真结果验证了动力学模型的有效性.     

一种偏瘫上肢复合运动的康复训练机器人

介绍了一种用于偏瘫上肢复合运动的康复训练机器人,该机器人可以带动患者患肢完成大范围、大幅度的复合动作训练,并可以实现主动、被动、抗阻、助力等多种训练模式,同时具有较高的安全性。     

模块化重构机器人技术的现状与发展综述

回顾了过去20年中模块化可重构机器人的发展历史,介绍了模块化可重构机器人的概念、特点、分类方法及这一领域的主要研究内容和现在的最新进展情况.概述了我国在模块化可重构机器人技术上所取得的成就.最后,对模块化可重构机器人未来发展的关键技术及可能遇到的各种挑战进行了预测,为未来该技术的发展提供了方向.     

下肢外骨骼康复机器人的自适应控制研究

针对下肢外骨骼康复机器人的动力特性,为实现康复训练过程中控制的实时性和高精度,消除系统中存在的未建模动态、外部扰动和非线性不确定性的影响,本文提出采用两个相互独立控制器共同作用控制方法,即基于标称模型的计算力矩控制器和变结构鲁棒自适应补偿控制器。补偿控制器基于Lyapunov函数法,通过引入一个动态信号和非线性阻尼项来抑制未建模动态、外部有界扰动和非线性不确定项的影响。设计的自适应律通过在线刷新系统的不确定参数,增强了控制系统的鲁棒性并保证系统达到全局渐近稳定。通过Lyapunov稳定性定理和仿真结果证明了该控制策略的可行性和有效性。     

内窥镜仿生机器人的研究现状与发展

论述国外内窥镜机器人系统的研究现状和成果,分别对自主内窥镜机器人系统、超微内窥镜机器人系统、胶囊内窥镜机器人系统、虚拟内镜技术和医用导管的应用研究进行了阐述,指出了内窥镜仿生机器人研究的重要意义和未来发展方向.     

Tripod robot with cylindrically actuated limbs: Structure and kinematics

The kinematic analysis of a novel tripod with six degrees of freedom is presented. The kinematic chains of the mechanism have an RCS structure. Two elements of each cylindrical pair C of the chain constitute a crank-type limb that carries out two controlled motions––rotation around and translation along the limb axis. The limb is connected passively to the fixed base and to the movable platform by rotational and spherical hinges, respectively. The structure, kinematics, working space and singular positions of the tripod are examined. Since three of the six active tripod motions are rotations, the inverse kinematics solution is non-unique; this, in turn, necessitates the choice of one of eight variants for the initial positions of the limbs and one of two directions for limb rotations.     

一种同/异步四肢联动康复机器人的研究

为提高偏瘫患者健、患侧肢体协调运动能力,研制了一种新型坐式单驱动四肢联动康复机器人,它能够在主被动模式下为偏瘫患者的肢体提供同异步协同训练。基于平面七连杆变胞机构设计了一种可实现四肢协调运动的训练机构,通过传动系统调节两侧训练机构曲柄的相位差,实现左右两侧肢体同步或异步联合运动;在矢状面内建立人-机模型及训练机构进行运动学分析,从理论上证明该机构能够实现四肢联动的可行性;基于智能移动终端和微控制器开发了上下位机控制系统,并在样机上进行了试验,结果表明试验者在机器人作用下能够实现:肩关节-16.9°~15.1°、膝关节121.5°~172.5°的上下肢协同运动;0~6 r/min速度范围的同/异步被动训练和61.82~227 N足底压力范围的异步主动训练;同/异步训练模式之间可自动切换。     

高速运动机器人动力学分析与研究

当机器人运行于高速条件下时,整个系统将处于一种不稳定的状态。对高速运动条件下的机器人动力学进行了深入的研究。首先,对研制的6自由度搬运机器人平台硬件结构进行了介绍。在此基础上,对高速运动的机器人的动力学表达式式进行了分析,得到了造成机器人高速运动动力学效应的状态参量—机器人的关节角θ、关节角速度θ觶与关节角加速度θ咬,结合机器人样机的PID主控制器,定性探索了机器人的动力学参量与PID控制器参量间的关系规律,为后续的控制器设计提供依据。