上肢镜像康复机器人控制策略研究

镜像疗法是促进偏瘫患者上肢运动功能康复的有效疗法,结合镜像疗法的机器人可通过促进双侧运动易化患侧的运动通路。为此,研究上肢镜像康复机器人的控制策略。基于传统镜面治疗方法设计了上肢镜像康复机器人系统,提出了基于参考轨迹的镜像训练。同时提出了基于分段三阶Bezier插值的轨迹优化方法,优化机器人运动轨迹。考虑到患者患侧与机器人的交互需求,开发了由引导力场和约束力场组成的力场控制算法,协调患侧主动运动与镜像训练动作。开展镜像康复训练实验,验证了力场控制算法的良好性能。     

基于小波包模糊推理的上肢康复机器人智能专家系统

针对目前上肢运动训练康复机器人缺少对患肢训练模式智能处方诊断的现状,提出了全新的基于小波包模糊推理的上肢康复机器人智能专家系统诊断方法.该方法在智能专家诊断过程中首先根据患肢在水平和垂直方向上的被动运动位置跟踪误差,通过小波包分解提取患肢运动性能特征,然后根据两个方向上的运动性能特征值并运用专家知识,通过模糊逻辑推理诊断该患肢适合的康复运动训练类型.临床实验结果表明,该方法能够较准确地实现不同病情患肢的运动训练模式处方诊断,有助于提高康复机器人的临床智能化水平.     

基于物联网远程控制的上肢康复机器人系统研究

设计了一种基于物联网的远程控制上肢康复机器人系统。该系统通过位置传感器和扭矩传感器分别采集机器人机械臂的位置和力矩信息,由STM32控制器将其传输给上位机,经过处理后发送控制命令给下位机STM32控制器,从而控制康复机器人电机驱动;在客户端显示上肢康复机器人数据信息,同时通过互联网,服务器和客户端可以进行数据信息和视频信息传输,服务器端远程控制客户端患者进行康复训练。实验证明,该机器人系统可以实现不同模式下的康复训练,同时服务器端可以远程控制客户端,从而表明该上肢康复机器人系统的设计是可行和有效的。     

机器人辅助上肢抗阻运动控制与临床实验研究

针对机器人辅助患肢肌力增强渐进抗阻训练过程中阻力不能随患肢病情进行实时调整的问题,用一种新的模糊自适应阻抗力监督控制方法设计了一个机器人辅助上肢抗阻运动控制系统.该系统依据这种新的控制方法首先对患肢肌力恢复水平进行评估并据此设计机器人上层渐进抗阻基础阻力模糊规划器,得到每个训练周期的基础阻力,再通过设计的机器人下层模糊自适应阻抗力控制器,在基础阻力确定的基础上,根据患肢抗阻训练过程中肌力的变化对患肢与机器人末端之间的相互作用力做进一步的调整.运用Barrett公司4自由度机器人WAM Arm构建的临床康复实验系统平台,验证了该系统的算法的有效性.     

牵引式下肢康复机器人机构参数优化及轨迹规划

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM（continuous passive motion,连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。     

基于全方位移动机器人的下肢康复训练研究

下肢康复机器人在临床康复领域的应用弥补了传统康复方法在客观性、有效性、实时性与趣味性等方面的不足。文章以人体下肢康复训练疗法及康复理论为依据,从临床康复的安全性、有效性、实用性及舒适性角度,解析出对下肢康复机器人机构、控制、传感器等方面的设计要求,并针对康复评价参数问题,提出了一种采用全方位移动下肢康复训练机器人获得动平衡参数及步态参数的方法。在分析人体下肢生理结构与临床康复对下肢康复机器人训练系统的特殊设计要求基础上,设计了能够提高人体下肢运动能力、实现多种训练方式、适用于不同患者、不同患侧康复训练模式的下肢康复机器人系统,对下肢障碍患者的康复以及临床医学研究起到辅助作用。     

基于Kinect动作交互模式的脑瘫康复训练系统设计

设计了以Kinect为交互设备的脑瘫康复训练系统。该系统针对上、下肢康复运动设计了运动捕捉功能及运动数据记录、分析和评价功能,通过对脑瘫患者的实际考察和数据研究,对程序进行整改。系统还设计了动作数据记录和评价功能,可结合不同案例进行多疗程数据记录和分析评价,以便更好地了解患者的目前情况和训练后的康复情况,为医生和康复治疗师提供治疗佐证数据。     

面向社区的脑卒中患者上肢康复产品设计研究

目的 为提高脑卒中患者上肢康复训练的主动性和积极性,改善当前因训练枯燥乏味导致的训练中断情况。方法 首先,通过对医院和康复机构的实地调研,以脑卒中上肢康复训练理念及技术为核心,分析现有上肢康复训练产品的优势及不足,研究脑卒中上肢康复治疗模式提取相应上肢运动特征;其次,选择国内外流行的几款情景游戏,分析其情景特点和操作方式;最后,将脑卒中患者上肢康复训练动作与经典游戏情境相匹配,探究两者结合的可行性。结果 从设计学的角度出发,通过多学科、交叉性设计研究,为脑卒中患者设计了一系列趣味性上肢康复训练产品。结论 经康复训练实验验证,该系列产品在提高患者主动训练意识、训练效率及效果等方面具有显著优势。     

基于患肢状态观察器的被动康复训练运动控制

针对机器人辅助被动康复训练运动很少考虑训练过程中患肢状态变化的情况,提出了基于患肢状态观察器的被动康复训练运动控制方法.该方法用患肢状态观察器根据位置和速度跟踪误差提取患肢运动特征,运用模糊推理逻辑实时评估患肢物理状态;然后动态规划决策机制根据患肢状态自适应地调整规划运动速度;最后利用位置阻抗控制实现训练运动.定量和定性两类实验结果表明,该方法较传统方法具有更好的跟踪性能和运动平稳性,且能够实现人性化和智能化的康复训练运动.     

基于虚拟现实的一对多远程康复训练机器人监控系统

针对国内传统的一对一的康复训练不能满足日益增长的康复训练需求的问题,研究设计了基于虚拟现实的网络化远程康复训练机器人系统.该系统引入虚拟现实技术使康复训练界面生动活泼,将运动疗法和心理治疗有机地结合在一起,解决了传统康复训练的枯燥乏味;引入遥操作机器人技术使医生可同时远程监控多个患者的康复训练,医生通过语音与患者端进行...     

上下肢康复机器人的结构与控制系统设计

为更好地辅助中风偏瘫患者进行早期康复治疗，基于上下肢运动神经耦合理论，研制了一款上下肢康复机器人。首先，依据康复医学相关理论对上肢和下肢康复装置进行结构设计，并对下肢康复装置中的踝关节康复装置和下肢长度调整装置的机械结构进行详细介绍。然后，采用极点配置法建立位置闭环控制系统，实现上下肢康复机器人的被动联动运动。最后，招募4名健康的测试者进行上机测试。实验结果表明，该机器人实现了上下肢关节同步被动运动，且上下肢各关节运动轨迹误差不超过1.50°，说明其运动轨迹跟踪效果良好。该上下肢康复机器人可以实现双侧肩、髋、膝和踝关节共8个关节的联动运动，有望为偏瘫患者提供更好的早期步态康复治疗。     

手腕康复机器人功能设计与外观设计

目的人体的手腕是活动中易损伤的关节,为辅助患者对手腕部位进行连续性标准化康复训练,设计一种结构紧凑、使用方便的手腕康复机器人。方法根据康复医学原理确定腕关节的转动运动范围,设计一种3-RRP球面并联式外骨骼康复机器人。通过虚拟样机对康复机器人进行仿真实验。使用MATLAB求解康复机器人的工作空间。根据人机工程学对机器人进行外观安全设计。结果该机器人有3个转动自由度,可实现腕关节掌屈/背伸、尺偏/桡偏、与小臂一起旋转运动。仿真实验表明该机器人可满足手腕关节康复训练要求,运行平稳,机器人的工作空间为球面的一部分,且连续无空洞。外形与色彩及人性化尺度设计使患者能够享受良好的医疗体验。结论使用该机器人可以达到腕关节的康复效果,研究结果为手腕康复机器人的产品工业化设计奠定了理论基础。     

步态康复训练机器人人机交互信息感知系统

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求，研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型，并分析患者下肢运动动作意图，为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验，结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求，能在康复训练中获取人体运动意图，这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。     

基于人机闭链的下肢康复外骨骼机构运动学分析

针对下肢康复外骨骼在使用过程中出现的运动偏差，基于人体-外骨骼运动模型与调整模型，完成了下肢康复外骨骼的结构设计与运动学分析。运用人机偏差变量理论和人机相容理论，在人体-外骨骼运动模型上添加被动自由度，建立了人体-外骨骼调整模型。根据2种模型设计了下肢康复外骨骼，该外骨骼提供运动模式和调整模式，可通过人机滑动偏差检测装置切换使用模式。通过建立单侧外骨骼机械腿运动学模型，求解其运动方程和连杆变换矩阵。运用MATLAB和ADAMS软件对外骨骼模型和人体-外骨骼模型进行运动学仿真，并对比分析仿真结果。结果表明：下肢康复外骨骼在矢状面内的运动空间可以覆盖人体末端运动轨迹，该外骨骼各关节仿真运动趋势与理论运动趋势基本一致；调整模式能够补偿运动模式产生的运动偏差，验证了下肢康复外骨骼机构设计的合理性。研究表明基于人机闭链设计的下肢康复外骨骼机构能够较好地补偿运动偏差，避免因人机滑动引起的人体二次损伤，为外骨骼的实用化设计与研究提供了理论基础。     

下肢外骨骼矫形器的动力学建模与运动控制研究

对用于步行训练的下肢外骨骼矫形器的动力学与运动控制进行了研究.首先利用拉格朗日法建立了下肢外骨骼矫形器在跑步机上双足步行的动力学模型;在此基础上,设计了实现下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制的计算力矩加比例微分反馈控制系统,并采用Lyapunov方法,分析了控制系统在建模存在误差情况下的稳定性和收敛性;最后,在Adams-Matlab虚拟样机协同仿真平台上进行了下肢外骨骼矫形器的步行仿真实验,结果表明该控制方法对下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制是有效的.     

基于ADAMS的六轴机器人动力学仿真分析

目的 为了解决六轴机器人包装行业中装箱、搬运等工序的应用问题,主要基于包装生产线的搬运工序设计作业机器人并对其动力学进行研究.方法 根据包装生产线搬运工序的作业特点,将机器人结构设计为六轴关节型机器人,每个关节均通过伺服电机连接减速器驱动,通过牛顿-欧拉法对机器人进行动力学分析,建立机器人模型,并运用ADAMS软件对其动力学进行仿真分析.结果 所设计机器人关节的运动轨迹曲线平稳变化,轨迹平滑连续,角速度和角加速度曲线平滑、无突变.结论 机器人运动平稳,在运动过程中振动较小,证明了结构设计的合理性,为六轴机器人的优化设计提供了理论基础.     

坐式下肢康复训练机器人人机舒适度设计

目的 从满足脑卒中偏瘫患者或行走能力弱的患者,进行下肢康复训练时对设备的使用需求出发,对传统坐式下肢外骨骼康复机器人进行改造,以增强机器人的人机舒适度.方法 通过主观评价的方法,对坐式下肢康复训练机器人的座椅椅背处于不同角度时不同患者的舒适度进行评价;并借助JACK软件创建第95百分位男性和第5百分位女性虚拟人体模型,利用受力分析模块对虚拟人体第4节和第5节腰椎(L4/L5)进行受力分析,得到座椅相对舒适角度区间;通过分析使用者与设备的人机交互过程,对外骨骼匹配性和显示装置的可视性进行人机工效评估.结论 通过对康复训练机器人的舒适度分析,得出了更加符合人机关系的产品尺寸区间,为康复训练产品舒适度方面的设计提供了有效的方法.     

基于惯性跟踪的手臂运动及脑波一致性分析

考虑到脑卒中患者的传统偏瘫康复手段依赖于康复医生的指导和康复器械的协助,忽略了患者的主动参与性,缺少支配肢体运动的大脑神经系统的直接参与,以手臂运动为对象,研究了人体手臂运动时各姿态的变化及相应的脑电信号的变化,以探究人体上肢不同频率运动时大脑神经系统的参与情况与脑电信号变化情况,并提出了混合式Kalman滤波的数据融合算法和基于盲源分离的去除眼电伪迹的方法。在此基础上设计了快速手臂伸曲和慢速手臂伸曲运动实验和快速、慢速两种任务的手臂伸曲运动想象实验。实验表明,手臂运动与手臂运动想象脑波信号具有一致性,从而验证了所提方法的有效性。