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。     

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.     

基于加速度传感器的下肢康复机器人示教训练

将康复治疗人员的临床治疗经验与康复机器人的训练结合,能够有效提高已有下肢康复机器人的训练性能,为此提出一种基于加速度传感器的示教训练方法及无线数据采集系统。通过已有的外骨骼式下肢康复机器人,分析并推导出关节角度与末端轨迹的关系及关节加速度与关节角度的关系。通过加速度信息分析出轨迹信息从而控制训练轨迹。研发的无线数据采集系统提取康复师训练时患者下肢加速度信息并转化成轨迹信息,进而被用于康复机器人示教训练控制。实验结果证明,该系统能够满足康复机器人的示教训练要求。     

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...     

一种新型三自由度下肢康复训练机器人步态机构运动分析及仿真

本文针对一种新型三自由度下肢康复训练机器人步态机构 ,建立了运动学方程 ;进行了运动方程解算 ;利用Simulink数学仿真工具进行了运动学仿真 ;根据理论和仿真结果 ,讨论了机构几何参数对步态轨迹的影响 ;仿真结果表明该机构能够模拟步态运动轨迹及脚踝运动姿态 ;分析结果为机构的结构优化设计和控制系统设计提供了必要根据。     

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。     

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.     

一种基于非线性振荡器的步态轨迹自适应算法

步态训练轨迹是影响康复训练效果的一项重要因素,而自适应性对于下肢康复机器人的临床应用具有重要的意义.振荡器可通过在线调节参数而输出不同波形的周期信号,常用于康复机器人步态轨迹的生成.本文在高斯核函数非线性振荡器的基础上提出了一种下肢康复机器人步态轨迹自适应算法.该算法通过轨迹偏差实现对参考轨迹波形的调节,并且用相位偏差曲线面积实现参考轨迹周期的自适应.本文首先介绍了用于生成步态参考轨迹的非线性振荡器的数学模型;其次,详细描述了基于该模型的参考轨迹波形和周期自适应算法;最后,以悬挂减重式下肢康复机器人为研究对象,建立机器人与人体下肢仿真模型,对所提出的步态参考轨迹自适应算法进行仿真实验,并验证了该算法的可行性.     

一种小型的新式上肢康复机器人的设计与研究

针对当前康复市场中的上肢康复机器人功能单一、体积臃肿、操作复杂、难以移动、学习成本高等一系列问题,设计了一款小型的新式上肢康复机器人.用协作式机械臂作为康复运动部分模块,可以移动的主机作为支撑平台,通过机械臂带动上肢完成康复训练动作.进行了三维设计与仿真,样机的设计、制造与测试,最终上肢康复机器人可以按照设计目的完成相...     

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。     

一种老人医疗求救装置设计与实现

目前,老人医疗装置是当前应用热点之一,引起广泛的关注。本文就该问题提出了一种老人的医疗求救装置的实现方案,详细阐述了该方案设计过程的各个主要模块设计和软件设计。     

一种踝关节康复机器人的控制系统设计

为实现3-RSS/S踝关节康复并联机器人的各种康复训练模式,完成了以"PC+PMAC"作为硬件平台的控制系统设计,基于Visual C++6.0开发了软件系统,经实验取得了满意的效果.     

一种教学用正态分布实验装置的设计

本文针对大学概率论与数理统计课程内容抽象、不易理解的问题,以最常用的正态分布为例设计了实验装置。经过大批实验者的实践,说明本实验装置简单易操作,结果具有有效性,具有一定的教学价值。     

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.     

一种控制系统的实时仿真装置

给出一种用单片机实现的控制系统实时仿真装置。它可充当数字模型已知的对象和控制器的实物，组成复杂的实时控制系统。该装置具有可仿真非线性环节、方便的改变系统参数和结构等特点。     

一种智能化温度控制系统实验装置

本文介绍了一种智能化温度控制系统实验装置,由计算机和温度控制系统实验装置构成,它可以完成数字PID控制、参数辨识、控制周期调整、串级控制、比值控制、自校正控制等多种实验,具有功能丰富、界面友好、操作简便、实用性强、一台实验装置满足多门课程实验要求等特点,特别适合于开设练合型和设计型实验,是一种高级控制算法实验仿真对象.本文着重阐述了系统构成原理和部分控制算法仿真实验.     

可穿戴式下肢外骨骼康复机器人研究进展

对于脊髓损伤、脑损伤等因素导致下肢运动障碍的患者,利用下肢外骨骼康复机器人可在患者损伤早期进行精准康复,并在康复过程中优化康复策略。本文详细对比了下肢外骨骼康复机器人相比于传统康复方法的优势,并结合国内外研究现状阐述了不同外骨骼机器人的设备特点及应用场景,详细分析了机器人的驱动方式、控制系统以及训练模式等关键技术。最后,着重探讨了下肢外骨骼康复机器人未来发展所面对的挑战,并针对机械结构优化、驱动算法优化、康复流程智能化、基于虚拟现实技术的应用场景优化及康复效果评估等5方面提出了可行的探讨,对下肢外骨骼康复机器人未来的技术发展趋势作出可行分析。     

柔性下肢外骨骼机器人研究进展及关键技术分析

首先简要描述了下肢外骨骼机器人在康复、工业以及军事等领域的应用需求,并对刚性与柔性下肢外骨骼系统（RLEEX/SLEEX）的优缺点、研究难点和适用人群进行了分析与对比．然后,对国内外研究机构在柔性下肢外骨骼机器人方面的研究历程与进展进行详细综述,重点描述了系统样机的结构与驱动特点、传感器布局方式、控制策略搭建以及助力效能评估等几项研究内容．最后,围绕柔性结构、意图识别、控制策略及助力评估共四方面关键技术进行了总结,并对未来发展趋势进行展望．