基于Joystick的卧式下肢康复训练机器人示教再现功能分析

针对由脑中风引起的下肢偏瘫患者,将康复医学和机器人学相结合,在已有的卧式下肢康复机器人的机械系统平台上,利用运动控制卡及VC++开发环境为基础,研究卧式下肢康复训练机器人的示教功能。本文通过对已有机械系统平台的分析,并考虑到示教过程中的人机耦合的特殊性,选用Joystick作为示教工具,同时给出了软件流程图及人机对话界面。实验结果表明,Joystick示教反应迅速,能满足示教要求。     

下肢康复机器人系统设计与协调控制算法

脑卒中、脊髓损伤、下肢退行性关节疾病等神经系统疾病会导致肢体功能障碍,需要进行有针对性和重复性的训练.本文设计了一款可以切换坐、立、躺三种模式的轮椅式下肢康复机器人,在机器人站立姿态的主动步行训练模式下,解算人体前进速度映射轮椅式底盘电机速度,实现了下肢功能障碍患者步态训练与机器人轮椅式车体的协调控制.实验结果表明,下肢外骨骼行走的速度曲线和轮椅式车体的速度曲线基本一致,实现人与机器人的协调控制.     

下肢外骨骼康复机器人人因工程研究进展

下肢外骨骼康复机器人是专门针对下肢运动障碍及行动不便者,提供康复锻炼的智能化装备, 其发展对于中国康复事业具有重大的理论意义与实际应用价值。人因工程研究可有效提高下肢康复机器人 HRI 人机交互安全性与交互效率。因此,深入探讨国内外下肢外骨骼康复机器人人因工程研究进展,对其研究现状、 发展趋势进行总结归纳。通过文献检索方法对相关文献进行分析,发现人机交互、步态行为、结构设计、安全 问题等是下肢外骨骼康复机器人人因工程领域的研究热点,并从人因出发,系统梳理国内外下肢外骨骼康复机 器人人因工程研究进展和发展动态,提出我国在下肢外骨骼康复机器人人因工程领域所面临的挑战,研究重点 和未来发展趋势。     

基于压电加速度传感器的天车监测系统设计

天车吊运系统不能实时监测大车、小车的运行速度和行车位置,为实现对天车的实时监测,将压电式加速度传感器应用到天车吊运系统中;介绍了加速度传感器的基本原理;阐述了振动信号采集系统的硬件组成,并利用图形化开发工具LabVIEW平台实现信号的高速采集;通过采集加速度传感器的输出电压,根据输出电压和灵敏度的关系,获得加速度的值,将加速度的值积分运算可进一步获得天车的速度和位移量;最终达到天车运行状态的实时监测,提高了天车运行系统的可靠性。     

下肢康复机器人的运动控制设计

因下肢康复机器人结构设计的差异性,导致了其控制方法的多样化。针对本文的下肢康复机器人,提出了一种简单的控制方法使其沿规划轨迹进行运动。为进行控制器的设计,需要先求得机器人系统的固有传递函数。通过分析发现该系统为非线性系统,利用实验的方法近似求得其传递函数,从而转化为线性系统的控制问题。之后利用极点配置法将系统配置为一个临界阻尼二阶系统,逆推求得系统控制器的传递函数。通过对机器人的髋关节运动控制系统进行测试,测试结果表明:设计的控制器能够很好地满足实验要求。     

一种下肢康复机器人步态的生成与调节方法

针对下肢康复外骨骼机器人康复训练参考步态的标准化设计,对平地行走、上楼梯和下楼梯等不同情境下的步态轨迹的设计问题进行研究,提出了由无线惯性传感器采集人体步态,利用基于关键点的步态生成与调节方法,得到了融合过渡过程的参考步态曲线.利用得到的参考步态曲线指导下肢康复外骨骼式机器人辅助人体在平地行走、上楼梯和下楼梯等情景下进...     

下肢康复机器人的研究进展与临床应用

社会老龄化进程中,由于疾病或事故导致下肢受损的患者越来越多,患者的运动能力康复变得尤为重要.相对于传统的物理康复治疗方法,利用下肢康复机器人进行运功功能康复训练可以准确评估、大幅改善康复效果,提高康复效率,节约医疗康复资源.作为一种涉及康复医学、机械学、控制学、机器人学、计算机学及人工智能等诸多学科的智能仿生机电设备,下肢康复机器人按照患者的康复作业姿态主要分为坐卧式下肢康复机器人和站立式下肢康复机器人.其中坐卧式下肢康复机器人可以分为脚踏板式和外骨骼式机器人,站立式下肢康复机器人分为悬挂减重式和独立可穿戴式机器人.本文调研了国际上应用较为广泛的几类下肢康复机器人的代表性产品,详细分析了下肢康复机器人的主被动自由度、驱动方式、传动关节、感知技术、运动控制策略和训练模式等关键技术,并对各类机器人典型临床测试案例进行了比较和探讨,对下肢康复机器人未来的技术发展做出展望.     

下肢康复机器人的自适应人机交互控制策略

针对康复机器人运动过程中的人机交互性问题,提出一种下肢康复机器人自适应人机交互控制策略.提取伸屈运动中下肢表面肌电信号（Surface electromyography,sEMG）和足底压力特征,分别用于表征下肢运动意图和人机交互力（Interaction force,IF）信息,建立基于sEMG-IF的人机交互信息融合模型,实现下肢康复机器人运动轨迹的在线规划;考虑主动康复运动过程中的人机交互作用,建立具有时变动态特性的人机系统动力学模型,设计间接模糊自适应控制器对期望轨迹进行跟踪控制,实现下肢康复机器人自适应人机交互控制.通过对5名被试者进行下肢康复机器人运动控制实验研究,验证所提方法的可行性和有效性.     

基于Kinect的下肢体康复动作评估系统

针对中风患者下肢体的训练需求,设计了一个康复训练评估系统.利用Kinect 2.0体感设备实时采集下肢体康复动作的序列信息,提取相关关节的角度序列特征,与动作库中的标准动作序列特征对比后,计算相关度,再加入时间参量,综合得出评估结果.试验结果表明:该系统能准确地识别和引导受试者的康复动作;并且可以通过组建不同的姿势库来评估更多的康复动作.     

超前采样时间迭代学习的下肢康复机器人轨迹跟踪控制

为了实现下肢康复机器人在康复训练过程中高精度的末端轨迹跟踪控制,提出了一种利用超前采样时间的鲁棒自适应迭代学习控制方法。所述超前采样时间迭代算法,是指利用之前运行批次在t+Δ采样时刻的髋膝关节力矩输出,优化调整下一次运行时刻t处的关节力矩给定。仿真结果表明,采用超前采样时间迭代控制,末端轨迹误差具有更快的收敛速度和跟踪精度,并且具有较好的抗干扰性能。     

基于阻抗模型的下肢康复机器人交互控制系统设计

为帮助下肢功能障碍患者进行康复训练,设计了下肢康复机器人。对于该机器人的控制,采用传统系统无法柔顺控制,导致机器人运动轨迹偏离预设轨迹。针对该现象,提出了基于阻抗模型的下肢康复机器人交互控制系统设计。通过分析总体控制方案,设计系统硬件结构框图。采用L型二维力传感器,确定两个方向的人机交互力。使用绝对值编码器安装在各个关节处,其输出值作为髋关节、膝关节、踝关节电机的转动位置,增量编码器安装在电机轴上,测量值用来作为后期控制方法的输入参数。构建阻抗控制模型,能够调节机器人位置和速度,具有消除力误差功能。依据此力矩对参考运动轨迹进行设计,实时获取患者康复训练的跟踪、主动柔顺和接近状态信息。在柔顺训练实验测出人机交互力,通过实验结果知,在检测到人体主动力矩异常时,系统能够重新优化轨迹,具有良好柔顺控制效果。     

基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统设计

传统上肢康复机器人交互控制系统受到奇异位形影响,导致系统控制精准度较低,为此提出基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统;设计上肢康复机器人交互控制系统结构,选取双串口12CSA60S2系列单片机作为下位机控制核心模块,利用椎齿轮改变驱动力方向,设计机械臂肘部结构,通过同步带传动,将器件隐藏于空手柄中;设计机械臂腕部结构,满足临床康复时上肢患者站姿与坐姿训练需求;选择箔式应变片BF350力传感器,设计电阻应变片桥接电路,处理传输信号;构建机器人目标阻抗模型,设计基于力阻抗控制策略,调节位置、速度和关节;为改善奇异位形情况,在奇异位形附近关节角速度指令直接由各个关节力矩阻尼控制得到,实现角速度精准输出,完成系统控制;由实验结果可知,该系统直线运动位置、旋转关节位置和伸缩关节位置跟踪结果与标准值基本一致,满足系统设计需求。     

基于微加速度传感器的无线鼠标的设计

研究基于微加速度传感器的无线鼠标的设计,讨论了MEMS无线鼠标的软件、硬件设计和系统组成,给出了M atlab环境下系统的模型和算法。模拟结果说明:无线鼠标的设计是合理可行的,提出的二次积分近似算法是简捷有效的。     

一种全方位移动型下肢康复机器人鲁棒跟踪控制研究*

针对重心偏移情况下全方位下肢康复机器人的轨迹跟踪问题,提出一种H∞鲁棒解决策略.研究主要包括两方面内容:a)考虑重心变化情况下全方位移动下肢康复机器人的动态建模;b)提出一种自适应鲁棒H∞跟踪策略以消除重心变化所带来的影响.使用MATLAB对系统进行了仿真研究,仿真结果表明提出的鲁棒控制策略是正确有效的.     

镜像上肢康复机器人研究

近80%脑卒中存活者会发生肢体残疾,其中以上肢问题影响更为剧烈。康复医学与机器人学、生物医学、人工智能等学科高度交叉的镜像康复机器人,是解决患者康复训练问题的前沿技术途径。针对基于镜像机理形成的康复机器人,研究分析了镜像上肢康复机器人的现状以及其中关键技术路线、核心实现方式,阐述了主要功能与技术特点。在此基础上,分析在研究中存在的瓶颈问题,并提出相应的解决策略,以期为今后的镜像机器人研究提供方向。