基于单片机的上下肢康复训练机器人

介绍了一种基于单片机的上下肢训练机器人.首先介绍了它的机械设计和控制系统设计.上下肢康复训练机器人由SSU7301单片机控制直流电机系统,由C8051F320单片机负责与上位机的USB通信部分,两部分之间通过串口通信.它可在一台康复训练机器人上实现上、下肢的康复训练,并有被动模式和主动模式2种训练方式,主、被动模式能实...     

面向脊髓损伤早期康复的虚拟现实训练环境

针对脊髓损伤患者的早期康复训练急需有效康复训练手段,研究了虚拟现实和康复机器人相结合的脊髓损伤早期康复训练方法,制定了康复训练模式.在分析人体运动与肌肉训练对应关系的基础上,以六自由度并联平台为基本框架,设计了八自由度混联康复机器人.同时构建了虚拟现实康复训练场景,并建立了其与机器人的通信机制,使机器人动作与虚拟场景变化保持同步,实现了患者、机器人与虚拟场景之间的实时交互.最后对整个系统进行了运动测试,机器人系统与虚拟场景在各模式下能协调工作.     

臂式站起运动康复训练机械结构设计及分析

通过建立人体运动生物力学模型研究了健康人体站起运动轨迹,设计了多自由度臂式下肢康复训练机械结构并对其进行了有限元分析与优化。通过实验研究了人体站起过程中各关节部位的角度变化,为下肢康复训练设备控制提供了参考。分析结果表明,对人体运动生物力学模型的研究和实验所得的数据能够对下肢智能康复训练方法提供有效参考,而本文所设计的机械结构符合使用环境下的力学性能要求,并且具有质量轻、占地少和成本低等优点,适于临床应用和产品化推广。     

基于体外传感检测的人体站起动力学分析

基于人体站起运动三肢段动力学模型,采用自制力传感平台与定制的加速度和角速度传感器,开发了一套非侵入式人体运动传感检测系统,并与实验室光学运动采集系统进行了比对验证;基于所检测的信号计算了下肢各关节力矩,分析了人体站起动力学参数特征。本传感分析系统通过穿戴式体外检测,无需解剖学植入传感器,相较于实验室人体动力学检测和分析方法,传感器数量和种类都有所减少,降低了成本。通过比较分析所开发系统与作为参照的实验室光学检测系统的实验数据,验证了本文检测系统的精度和有效性,可用于人体站起康复运动训练检测和评估系统,进而可用于外骨骼康复训练机器人的控制。     

减重站起康复训练系统机械结构设计与优化

基于人体工程学设计并优化了一种多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器结构,可使患者按照对标健康人体站起运动轨迹进行减重式康复运动训练。重点设计了下肢矫助外骨骼结构和顶端哑铃形螺旋绕线轮,对整体机械结构及主要零部件进行了力学分析和尺寸优化。可使存在下肢运动功能障碍的使用者不仅可获得坐站运动辅助,而且可以使下肢肌群完全按照对标健康人体站起时肌肉正确施力规划进行康复训练,避免产生因站起姿势扭曲导致的肌肉畸态施力,从而获得安全、健康的康复运动训练效果。     

绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联康复机器人.基于力/位混合控制的思想,利用牛顿-欧拉法建立了绳索牵引康复机器人的动力学模型.以轨迹控制为目标,用计算力矩法设计了基于刚性模型的位置控制器,就绳索的刚度对机器人系统性能的影响进行了仿真分析;以刚度控制为目标,推导了机器人系统的刚度矩阵,并对康复机器人进行了仿真验证.理论分析和仿真结果表明,系统的刚度与绳索的张力有关,调整绳索的内张力可以改变系统刚度,实现对机器人系统的柔顺性控制.     

基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练控制方法

现有基于Kinect构建的康复训练系统,大多以患者自行开展主动康复训练为主,未能充分利用康复医师的临床经验且很少用于机器人辅助康复训练系统,具有一定的局限.针对此问题,提出一种基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练方法.首先,开展基于Kinect的上肢骨骼点跟踪与逆运动学计算;其次,基于Linux/QT及Kinect设计三维虚拟康复训练环境;再次,在康复医师示教训练任务并通过Kinect获取示教任务参考轨迹基础上,根据训练过程中Kinect实时捕获的患肢运动位置反馈,设计基于模糊推理的机器人辅助被动康复训练控制器;最后,基于Kinect及Barrett公司4自由度WAM~(TM)康复机器人构建试验统平台,对方法有效性进行试验验证.实验结果表明,所提方法能有效利用医师的临床康复经验,并使机器人较平稳地牵引受试者上肢沿示教任务轨迹进行训练,较好地实现了"医师—机器人—患者"之间的人机协同康复训练.     

手臂康复机器人阻抗控制实验研究

手臂康复机器人是一种用于因偏瘫、外伤等造成手臂运动障碍患者的辅助康复训练机器人,考虑到患者训练的安全性和舒适性,需要机器人有一定的柔顺性.对此,在控制模型中引入阻抗控制.建立并分析了手臂肌力训练模式目标阻抗控制模型,在此基础上进行了简化.建立了基于dSPACE实时仿真平台的半物理仿真实验系统,以回转关节为例,给出了不同控制参数下的力与关节角度曲线,分析了控制参数对控制效果的影响,结果表明控制模型的可行性和有效性.     

上肢康复外骨骼机器人控制方法进展研究

上肢康复外骨骼机器人主要用于为上肢运动功能障碍患者提供科学有效的康复训练,以实现患肢运动功能恢复及日常生活自理。该文从控制策略的角度综述了近年来上肢康复外骨骼机器人的研究进展。首先,从不同时期的康复治疗需求的角度出发,对已有的控制策略进行主动、被动控制分类,并对不同的控制方法进行概述,分析了各控制方法的当前研究现状。最后,对上肢康复外骨骼机器人发展中一些关键的挑战进行讨论并展望了未来的研究方向。     

绳索牵引并联康复机器人的建模与控制

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了一种绳索牵引并联康复机器人.在对机器人进行运动学和静力学分析的基础上,利用牛顿-欧拉法建立了机器人的动力学方程.在给出力分解模型的基础上,提出了一种力/位并行控制策略:位置环和力环分别用于实现患者骨盆运动轨迹和绳索张力大小的控制.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能满足对轨迹跟踪要求,而且具有很好的鲁棒性.     

一种全方位移动机器人的运动分析与控制实现

为达到在动态环境下,对机器人进行实时控制的目的,提出一种全方位移动机器人运动控制器的设计方法.以足球机器人Robocup作为实验平台,全方位移动机器人作为研究对象,通过研究具有四组正交轮组成的移动机构运动机理,在将机器人运动进行分析的基础上,以数字信号处理器(DSP)为核心,引入专家比例-积分-微分(PID)速度控制器,实现了对机器人的控制.实验结果表明,该设计方法有很好的实时性和一定的鲁棒性,在实际比赛中,实现了对全方位移动机器人的快速、实时、准确控制.     

水力驱动消防机器人两喷嘴底座模型的平衡

本文从理论和实验两方面研究水力驱动消防机器人两喷嘴底座平衡模型的平衡检测与控制。角位移传感器沿一导向钢丝(联接干固定台架上下底板间)滑动检测模型的(上升)运动平衡状态;运用模糊控制理论,通过STD—BUS工业控制机成功地实现了系统的实时控制。     

6-DOF上肢康复机器人的路径规划及实现

为了使康复机器人达到更好的康复效果,本文在机器人参数分析及结构分析的基础上,采用D-H方法建立运动学模型,在Matlab环境下,利用Robotics Toolbox工具箱对机器人建模,根据末端执行器初始与终止位姿,规划关节空间的路径轨迹,并利用Matlab软件对外骨骼上肢的运动和运动轨迹进行仿真,最后应用VC++构建机器人控制系统平台,并在实物样机上进行轨迹验证。验证结果表明,该设计可以实时观测各关节的运动角度与速度,从而验证仿真轨迹的正确性。该控制系统平台既可以进行单关节控制并实时显示关节的角位移图和角速度图,又可以实现多关节的联动控制,能够满足患者康复的不同需求,实用性较强,因此具有广阔的发展前景。     

上肢康复训练轨迹定制优化及柔顺跟踪控制

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。针对多数上肢康复机器人将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,或者缺乏三维个性轨迹的光滑优化以及训练过程中的安全柔顺交互的问题。本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯-普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。用非均匀有理B样条曲线(NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于RBF网络的滑模自适应以及速度前馈加PID的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳-阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证较大人机交互力时的安全。结果表明定制机器人末端轨迹的拖动力在5N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6mm内;模式切换在0.3s内响应并顺应较大交互力而提高训练的安全性。     

基于DSP的焊接机器人控制系统研究

为了实现焊接机器人对空间焊缝的自动实时跟踪和焊接参数的实时控制,设计了一种以DSP为主控制器的焊缝实时跟踪和控制的交互式控制系统。DSP作为系统的核心控制器产生控制信号,驱动步进电机动作,同时利用DSP的数字通讯功能与PC进行通讯,从而实现对焊缝的实时跟踪和控制。结果表明：该焊接机器人控制系统可以实现对空间焊缝的自动实时跟踪和焊接参数的实时控制,能够满足实际焊接工程的需要。     

下肢康复机器人轨迹自适应滑模阻抗控制

针对下肢康复机器人训练任务规划和主动康复控制问题,提出了一种能够根据受损患肢病况进行步态轨迹规划的策略,并设计了可实现主动康复训练的控制算法。步态轨迹规划能够根据不同患肢按需自适应调整训练任务轨迹与正常步态轨迹的偏离程度,阻抗控制可以提高训练中受损患肢的主动参与力,自适应滑膜控制可以消除机器人结构模型的参数不确定性和训练过程中因肌肉痉挛等造成的外力干扰,并且对系统的非线性有一定的鲁棒作用。实验结果表明,该方法能够有效地解决不同受损患肢步态康复训练的自适应任务规划和主动康复训练过程中的柔顺运动控制,任务轨迹跟踪精度较高。     

一种下肢康复训练机器人足底力检测方法

对下肢康复训练机器人来说,足底力是非常重要的生物力学参数,因为它不仅反映动态步行的稳定性,而且也是患者病态步态的反映,基于足底力反馈的下肢康复训练机器人步行稳定控制和柔顺控制等都需要对足底力进行检测．提出一种基于双变形梁的力／力矩传感器来检测足底力的方法,给出了传感器的结构,阐述了检测原理,建立了基于传感器信息计算足底力的数学模型．该方法可实现对足底力信息中重要的足底压力及压力中心点COP的检测,具有维间耦合小,结构简单,不易损坏,成本低等优点．     

面向下肢损伤主动康复的虚拟训练环境设计与应用

针对传统下肢康复机器人的康复过程无趣性和自主性差的弊端,基于WebGL的第三方库Three.js,设计虚拟训练场景,患者借助机器人提供的辅助力让肢体做出下肢前移、后撤、抬腿等训练动作,这些动作分别控制虚拟场景中人物的前进、后退、爬楼梯、踢足球等行为,使患者在康复过程中具有场景代入感,并主动沉浸于康复训练中,提高康复效率。     

下肢康复机器人机械结构设计及动力学仿真

为推动康复机器人发展,提高下肢康复训练水平,设计了一种新型下肢训练康复机器人的机械结构.设计采用新型全向移动平台机构,实现了平面内任意方向的运动,并且可以在移动过程中实现任意半径转弯.从运动学角度分析了轮速与机器人轨迹间的数学关系,并采用虚拟样机技术结合Pro/E与Adams联合建模仿真的方法,建立了精确可靠的虚拟样机模型.实验仿真结果表明,设计的虚拟样机模型与数学模型具有一致性,验证了该下肢康复机器人机械结构的实际可行性,为物理样机的建立提供了可靠依据.     

基于语音识别的远程机器人控制系统

利用Nuance和jTTS语音合成技术,将用户通过电话输入的特定语音转换成机器人指令,通过网络实时传输到远程机器人端,机器人控制端接收到命令,通过对命令的判断,做出相应的动作,从而实现对机器人的远程控制,该系统还可以通过网络视频软件将机器人现场视频画面实时采集、传输和在本地播放．