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。     

上肢康复机器人的研究

以人体上肢的生理结构为依据,设计了一个5自由度的上肢康复机器人,实现肩关节内收外展、前屈后伸及内旋外旋,肘关节前屈后伸,前臂旋前旋后的运动。同时引入一个被动自由度从而保证机器人与用户关节的对齐,增加了运动范围。按照人体尺寸标准,采用Creo绘制了机械臂的三维模型,并通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了结构的可行性。     

上肢康复机器人被动变刚度驱动器建模与试验

康复机器人的关节往往要求良好的变刚度特性以适应人体的柔顺性。根据上肢的关节肌肉特点,对上肢康复圆周轨迹训练中不同位置的刚度需求进行分析,并在此基础上设计了一种新型被动变刚度驱动器,其通过凸轮-滚子-簧片机构产生变化的阻力矩,从而实现上肢圆周轨迹训练过程中不同位置的刚度变化。建立了被动变刚度装置的数学模型并通过仿真和试验验证了模型的准确性和设计方案的可行性。设计的被动变刚度驱动器满足上肢康复训练过程中的刚度变化规律,结构简单且无需额外驱动与控制。     

一种上肢康复机器人的运动仿真与实验研究

近年来中风患者日益增多,针对中风患者上肢康复训练等问题,提出了一种新型的上肢康复机器人,建立了该康复机器人的运动学反解方程,对"8"字形",0"字形",1"字形等典型康复轨迹进行了仿真与实验研究。首先建立运动曲线,并利用MATLAB编程生成轨迹曲线,其次在ADAMS环境中建立机构的虚拟样机,通过仿真可以看出速度和加速度平滑连接,没有突变现象,最后通过实验证明了机构的合理性以及运动学反解的正确性。该研究对后续的动力学以及控制系统的设计奠定了基础。     

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。     

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。     

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...     

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.     

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。     

上肢康复机器人发展现状的分析与研究

首先对上肢康复机器人的现状及发展进行了阐述,分析了当前康复机器人系统所存在的不足,并结合临床康复医学理论及临床康复经验对上肢康复机器人的结构、训练模式、评价方法及应用细节提出了建议.在此基础上提出了一种应用于偏瘫患者康复训练的外骨骼式上肢康复训练机器人,针对现有不足及提出的建议对该机器人进行了设计与实现.     

外骨骼上肢康复机器人的运动学研究与验证

为使人机协作更加紧密,确定合理精确的上肢运动模型,根据人体上肢解剖结构,提出一种8关节上肢外骨骼康复机器人的设计。在以往上肢机器人基础上做出改进,根据上肢复杂结构建立精确的等效运动学模型,实现机器人与肩关节内部结构变化的紧密结合,可有效缓解治疗中的不适;进而准确模拟出上肢运动可达的工作空间,并利用简洁的逆运动学算法对各关节变量进行求解;根据人体运动特性,运用倍四元数位姿插值法进行任务空间的轨迹规划,并通过SolidWorks、MATLAB、V-REP软件仿真验证,证明了设计的合理性与算法的可行性。     

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。     

外骨骼上肢康复机器人的结构设计与仿真研究

针对上肢轻度瘫痪患者自主进行康复理疗训练的问题,在深入了解传统康复训练的弊端和康复机器人所应具备性能的基础上,提出了一种可穿戴式的外骨骼上肢康复机器人设计方案。首先,从仿生学角度出发,对该康复机器人的整体机械结构进行了建模,并设计了3处长度调节固定机构;然后,对机器人各关节驱动力矩进行了理论分析与计算,通过模型动作编写了step函数,将函数与三维模型图导入Adams进行了动力学仿真;得到了各关节的驱动力矩曲线图,再将其与理论计算结果作了对比分析;最后,对肩关节支撑板和大臂支撑板进行了强度分析。研究结果表明:该外骨骼上肢康复机器人结构设计方案具有较高可行性,能帮助患者实现康复训练。     

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。     

基于互联网的上肢康复机器人

为弥补常规上肢康复机器人的缺点,研发了一种基于互联网的上肢康复机器人.介绍了这一上肢康复机器人的系统架构、硬件平台和软件平台,并进行了试验.这一上肢康复机器人可以融入现有临床实践,对患者训练轨迹进行全向覆盖,将康复治疗地点拓展至社区和家庭.     

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。     

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。     

关于上肢康复机器人机构参数的研究

本文在对上肢康复机器人的使用要求分析基础上,对其训练动作、机构自由度、运动参数和设计方案进行了研究,为上肢康复机器人的产品设计打下了基础。     

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。