上肢主动训练康复机器人设计与研究

随着脑卒中患者的增加,康复机器人成为患者康复训练的主要途径,其比康复师更加适合重复运动训练。康复机器人可有效降低康复治疗师的工作压力。主动训练作为康复机器人的主要特点,比简单的被动训练更加有效。介绍了上肢康复机器人2自由度主动训练控制方法,实现了患者肩关节和肘关节的康复训练。基于阻抗控制建立了康复机器人控制器,并将主动训练与虚拟现实相结合,可控制实际反作用力和目标反作用力的平均误差X轴为1.41×0.79 N,Y轴为1.22×0.91N。     

体感控制的上肢外骨骼镜像康复机器人系统

为辅助患肢进行自主康复训练,研制了一种体感控制的上肢外骨骼镜像康复机器人系统。设计了可穿戴式三自由度上肢康复机械臂,利用Kinect传感器提取人体6个骨骼关节点数据,计算所需控制参数,将健肢的体势动作转化为控制信号,控制机械臂带动患肢做镜像或同步运动康复训练。搭建了上肢外骨骼康复机器人系统实验平台,分别进行了单关节镜像控制和多关节联动同步控制穿戴实验,系统具有良好的体感控制随动性能,能满足上肢康复训练的要求。     

上肢外骨骼机器人的阻抗控制与关节试验研究

外骨骼机器人穿戴于人体上,可以作为一种助力、增强或者交互的工具,应用于康复、遥操作等领域。针对上肢外骨骼机器人的人机交互控制问题,提出一种上肢外骨骼机器人的阻抗控制模型,并建立了一体化关节的动力学模型,详细设计了单关节的阻抗控制方法。基于外骨骼机器人在人机交互控制中的随动任务特性,设计了基于力的阻抗控制方法以及基于位置的阻抗控制方法。针对阻抗控制模型为二阶系统的特点,提出了阻抗控制参数优化分析的方法。建立了单关节阻抗控制的数值仿真模型,通过仿真试验分析了惯性参数、阻尼参数、刚度参数以及人机接触刚度对阻抗控制性能的影响。开展了单关节系统的阻抗控制硬件试验。试验结果表明单关节系统的触碰检测、重力补偿以及阻抗控制均可实现,并且操作者与关节系统可以实现协同运动。     

上肢康复机器人训练管理系统设计

上肢康复机器人是现代医疗设备中一种先进且便捷的辅助康复设备。它对于患有中风、偏瘫等相关疾病的患者,能够有效地协助复健医生对患者的上肢运动进行恢复,并重建神经系统。本文介绍了一种基于LabVIEW的上肢康复机器人训练管理系统,该系统具有康复医生及患者的注册登录界面、患者的信息查询功能以及康复训练交互平台,能够对患者进行针对性和安全性的康复训练。     

基于屏障 Lyapunov 函数的上肢康复机器人 自适应主动交互训练控制

针对上肢运动功能障碍患者进行辅助康复训练,搭建了一套上肢康复外骨骼机器人系统,并提出一种基于屏障Lyapunov函数的增广神经网络自适应导纳控制策略。首先,介绍了上肢康复外骨骼的机械机构及其控制系统。然后,推演了控制器的设计过程并进行了Lyapunov稳定性证明。最后,分别进行了不同控制内环的轨迹跟踪被动训练实验和不同导纳参数下基于人机交互力的主动交互训练实验,同时分析比对了主动训练时的人机交互力与轨迹偏差的变化关系。被动训练实验结果证明了增广神经网络对人机模型动力学的逼近效果,其轨迹跟踪峰值误差为模糊PID控制器的53%。主动交互训练实验证明了通过调整导纳参数可实现在相同训练任务下不同强度的康复训练以匹配不同康复阶段下的患者。     

上肢康复机器人主动训练模式控制策略研究

针对在上肢康复机器人主动训练控制策略中存在的人机交互力跟踪响应速度慢、控制精度低等问题,设计了面向单关节与多关节主动康复训练模式的力阻抗控制器。在对六自由度上肢康复机器人进行运动学与动力学分析的基础上,设计了基于力的阻抗控制算法的力控制器。利用MATLAB/Simulink软件搭建了控制器仿真平台,并分别对阶跃信号、斜坡信号、正弦信号三种不同状态的交互力信号进行控制仿真。仿真结果表明:该方法具有人机交互力跟踪响应速度快、控制精度高的特点。     

一种下肢外骨骼助行康复机器人及康复评价方法

针对下肢瘫痪患者的康复训练需求,设计了一种下肢外骨骼助行康复机器人。描述了外骨骼机器人的机械结构。设计了基于关节角位移的闭环控制系统,将VICON运动捕捉系统采集的正常人体下肢运动关节角作为参考输入信息,控制受试者穿戴外骨骼进行行走、上下台阶动作。完成系统调试后,采用VICON运动捕捉系统捕捉受试者在该控制系统下的步态,并与正常人体步态作对比,验证了控制算法的正确性。定义了下肢康复评价标准RMP,使用设计的外骨骼康复机器人进行患者跟踪康复训练实验,验证了助行康复机器人的有效性。     

5-DOF上肢康复机械臂交互式康复训练控制策略

设计一种5-DOF穿戴式偏瘫上肢康复机械臂系统,提出被动和主动两阶段的交互式康复训练控制策略。在被动训练中,根据偏瘫患者上肢单侧受损的特点,提取偏瘫患者的健侧上肢4块肌肉的表面肌电信号(Surface electromyogram, sEMG) 作为康复机械臂的控制信号,利用AR参数模型和BP神经网络来理解患者的运动意图,驱动机械臂辅助患侧上肢实现特定的康复训练动作。在主动训练中,通过实时获取各关节力矩信号来判断人体上肢的运动所产生的作用力方向与大小,并利用比例控制器和运动学雅可比逆矩阵控制康复臂末端速度、驱动各关节运动。试验结果证明了提出方法的正确性和有效性。     

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、工结合中存在的关键问题和技术方案,并讨论了上肢康复机器人的技术发展趋势,可为相关研究提供方向借鉴.     

多肢体综合康复训练机器人设计与研究

针对传统康复机器人康复功能单一、联动训练不足、控制操作性差等问题,设计了一种涵盖上、下肢体七种关节的综合康复训练机器人,包括上肢的肩关节与肘关节、下肢的髋关节与膝关节、手掌的腕关节与指关节、脚掌的踝关节独立康复训练模式以及下肢-脚掌联动、上肢摆臂-下肢步态联动复合训练模式。试验表明:本康复机器人简化了机械传动链、提高了操控性,能实现稳定、有效的独立模式下的单肢体关节康复训练和复合模式下的多肢体关节联动康复训练,满足了患者的多样化要求。