外骨骼上肢康复机器人滑模控制策略研究

介绍一种外骨骼型上肢康复机器人,在分析其运动学和动力学的基础上,推导一种滑模控制算法并分析其收敛性.在MATLAB/Simulink环境中建立了机器人的控制实验模型,通过实验验证了所设计的控制器对康复机器人的运动具有较好的控制效果,可以满足上肢康复训练的要求.     

康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨

康复外骨骼机器人是一种可穿戴的、模仿人体生理构造的医疗机械装置,穿戴于患者肢体外侧,辅助患者进行日常活动和康复训练。近年来,人工智能、传感、生物医学等先进技术不断发展,吸引了国内外各科研院所、机构对康复外骨骼系统进行进一步的研究。现阐述国内外不同控制方式的外骨骼机器人的研究现状,并对康复外骨骼机器人的发展趋势进行分析和总结。     

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。     

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。     

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。     

基于蓝牙的手部外骨骼体感同步控制设计

现如今,中国人均寿命普遍增长,老年人群体逐渐扩大,2021年已增长到2.1亿。快速老龄化容易导致更多人群出现脑部疾病或关节老化,而对上肢康复服务的需求不断增大。目前,主要的治疗方法如：服用神经营养药,针灸按摩等,能在一定程度上缓解症状,但想要完全恢复还需要加强肌肉的主动和被动活动,促进肌肉抗力,拉力和压应力的恢复。这就需要通过康复训练来完成。为解决上述问题,本项目基于Arduino系统设计构建了一种基于蓝牙的外骨骼手控制系统,可以通过蓝牙HC-05来连接外骨骼手,从而完成腕部旋转,手指运动,抓取物体等生活常用功能。并增加体感遥控设计,通过手的动作直接控制外骨骼手,增加患者主动康复训练的意愿。通过蒙特卡洛法在Matlab中对该外骨骼收进行空间上的仿真,验证了本设计能有效地辅助康复患者的手指运动,能够完成日常生活用品的抓取。通过理论推导与体感手部外骨骼实验数据表明该控制系统设计合理,能够在后续该机械手的临床实验中,提高康复患者的训练质量,在手康复训练中起到积极的作用。     

面向下肢康复的柔性外骨骼机器人进展研究

作为近年来新兴的机器人技术,柔性外骨骼结合了柔性驱动和可穿戴机构,有效解决了传统刚性外骨骼机器人重量大、顺应性差、效率低、穿戴舒适性差的问题,因此尤其适用于运动障碍患者的辅助行走及运动康复,已成为主动康复领域发展的重要方向之一.本综述聚焦下肢柔性外骨骼助行机器人近十年的创新与应用进展,收集整理了 60篇目标文献,其中,...     

康复外骨骼机器人在肢体康复中的应用进展

康复外骨骼机器人的适用对象主要是存在肢体活动功能障碍的患者,患者可通过外骨骼阶段性、科学性及精准化的训练来完成康复治疗。但目前市面上康复外骨骼机器人种类繁多、形式各异,分类问题是一个难点。根据康复外骨骼机器人在人体辅助位置的不同,对目前国内外具有代表性的康复外骨骼机器人进行了分类汇总;对康复外骨骼机器人的不同驱动方式进行了详细概述,并分析了不同驱动方式的研究现状;在根据康复治疗的所处阶段采取相应训练模式的角度,重点分析了康复外骨骼机器人的针对性训练模式。对目前康复外骨骼的技术重难点进行总结和展望,旨在为后续康复外骨骼机器人的研究提供参考。     

基于GSM的远程外骨骼下肢康复机器人系统的设计与实现

根据下肢康复的需要,结合已有的外骨骼下肢康复机器人技术,使用GSM构建了一个远程的下肢康复系统。系统使用短信服务实现康复信息的远程监控,并具有信息管理功能。同时,系统可以实现责任医务人员与系统维护人员的定制短消息提醒服务。此系统可以作为基于物联网的智慧医疗系统的子系统进行应用,以实现社区康复或家庭康复的需求。     

具有关节力矩反馈的上肢康复机器人设计

康复机器人关节的驱动方式和结构设计对控制性能和成本影响较大。提出并验证一种具有低成本、结构紧凑特点和关节动态力矩检测功能的机械设计,并此基础上设计了一款简洁的轻质可穿戴双侧四自由度上肢外骨骼。为了验证驱动关节和整体外骨骼设计的有效性,对其结构设计进行了阐述,并对其分别进行了运动学和动力学建模,通过Matlab对终端活动范围进行了仿真,并对样机的单关节和整体性能进行了测试,实验数据显示这种驱动关节和康复机器人设计表现出较好的控制性能,有良好的研究前景。     

基于力阻抗控制的手臂康复机器人实验研究

把阻抗控制理论运用于手臂康复机器人控制中,使用基于力阻抗控制模型设计了系统的控制器。利用MATLAB/Simulink系统设计工具建立了系统控制模型,并在dSPACE实时仿真平台上进行了实验研究。结果表明,通过调节控制器中的刚度系数、阻尼系数可以使手臂康复机器人具有不同的刚度特性和阻尼特性。该控制器实现了被动和主动两种训练模式中机器人的柔顺运动控制。     

基于非完整约束的轮式足球机器人运动控制

将基于全局视觉的机器人足球系统的坐标系与轮式足球机器人的运动非完整约束相结合,从运动分析出发,推导出运动控制公式,分析动力学约束、赛场物理结构以及主客场位置对运动控制的影响,得到运动控制公式应用的限制条件.试验和比赛表明,根据公式和分析设计出的运动控制算法使得机器人能够沿着一系列的圆弧轨迹准确、平滑、快速地运动到静止的或运动的目标点.     

基于激光深度传感器的仿人机器人动作示教

针对机器人的运动示教问题,提出了一种基于激光深度传感器的示教系统。利用激光深度传感器能够快速准确获得人体各关节空间三维坐标的性质。通过分析机器人的关节构型,推导出由笛卡尔坐标空间到关节空间的转换公式,利用该公式,能够实现人体各关节转角的实时计算,进而实现对机器人的简单快捷的运动示教。为了在平滑数据的同时避免延时,提出了一种基于速度的有选择均值滤波法。将该示教方法应用在BioROBO仿人机器人上,试验结果证明了该方法的有效性。     

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。     

基于工控机的开放式教学机器人运动控制器

基于工控机开发的运动控制器在满足教学机器人一般特点的同时,着重于其开放性的开发.其开放性可大致体现在软件系统和硬件系统两方面.软件系统方面,采用uC/OS-Ⅱ实时内核,并可进行软伺服控制;硬件方面,由于该控制器同时具有模拟量指令和脉冲指令两种输出,可兼容步进电机和伺服电机,并具备对伺服电机进行位置、速度和力矩等多种模式控制的功能.     

基于计算力矩的助行腿机器人神经网络补偿控制

在建立“机器主动”训练模式时助行腿机器人在跑步机上的步行动力学模型的基础上,设计了基于计算力矩加PD反馈的神经网络控制系统,并采用Lyapunov方法分析了控制系统的稳定性和收敛性。通过虚拟样机协同仿真平台进行了控制系统的仿真实验和样机系统测试验证,结果表明,该控制方法有效地消除了系统建模误差影响,提高了助行腿机器人轨迹跟踪能力。      

基于TMS320F2812实现对移动机器人的运动控制

介绍了基于TMS320F2812的移动机器人运动控制系统的硬件和软件实现的设计思路。为了使机器人运动满足控制精度高、运动平稳要求,在电机同步控制策略基础上,引入位置环数字PID控制策略并进行运动控制试验。最后介绍了运动控制系统软件设计架构。     

半自主式机器人运动控制系统的设计与实现

设计了半自主式机器人的运动控制系统,并对系统的各模块进行了详细分析,通过操纵杆控制虚拟机器人的运动,虚拟机器人的位置与工作现场的机器人相对应。最后结合具体的机器人介绍了设计的过程。     

模块化多足步行机器人的运动控制系统研究

为解决机器人对复杂多变的环境适应性不强的问题，研制了模块化的多足步行机器人系统。针对模块化多足步行机器人的机构特点，设计并实现了一种位于机器人模块化控制体系底层的基于CAN总线的运动控制系统。采用微处理器、专用的运动控制和驱动芯片以及光电编码器实现了机器人关节的伺服闹环运动控制；采用CAN总线作为模块问的通信接口，有效地支持了多关节实时控制。提出了一种具有3层抽象结构特点的可扩展的软件体系结构，为运动控制系统提供模块化支持。实验验证了运动控制系统软硬件的可靠性和有效性。     

下肢外骨骼行走康复机器人研究与设计

外骨骼机器人是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置,提供保护、身体支撑和运动等功能。文中设计了一种外骨骼行走康复机器人,该外骨骼康复机器人单下肢具有3个自由度,利用较少却必须的自由度来实现行走,降低了机构的复杂程度,提高了装置的效率,借助此外骨骼辅助患者摆脱轮椅站立起来并行走,通过采集拐杖与地面的接触信息来控制膝关节和髋关节的屈伸运动,从而帮助患者实现跨步。