步态康复训练机器人行走步态仿真研究

步态康复训练机器人是对下肢行走障碍患者进行步态康复训练的一种助力康复设备,其行走步态的研究对于控制方案的制定有着重要意义.本文作者提出了步态康复训练机器人总体结构设计方案,利用Matlab/Simulink仿真环境下的机构系统模块集(SimMechanics)建立了步态康复训练机器人系统的仿真模型,并将斯坦福OpenSim下肢肌肉骨骼模型得到的下肢关节运动数据作为设定输入对机器人进行了运动仿真分析和研究,为下一步机器人样机制作和实际控制奠定了理论基础.     

微动反馈运动控制下肢康复机器人设计与研究

针对下肢运动障碍的患者数量逐年增多,设计了一种微动反馈运动控制下肢康复机器人。根据下肢康复训练的要求,完成了机器人的整体结构设计,进行了运动学及动力学分析。同时针对微动反馈运动控制策略进行了研究,利用患者人体的主动运动意识产生的微动实时反馈参与运动控制。这种运动控制方法进一步提高了下肢的康复效果。     

基于气动肌肉驱动的下肢康复机器人设计与仿真

为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明：相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。     

可穿戴式上肢康复机器人运动学计算和仿真

为了满足脑卒中患者日常需求，更好地进行康复训练，设计一款可穿戴式的上肢康复机器人。通过SolidWorks结合人体上肢结构进行整机结构设计，运用MATALB建立起上肢康复机器人的数学模型并进行运动学分析，得出上肢康复机器人各个关节的旋转角度关系，再进行数据验证和可达空间位置分析。验证和分析结果可以满足患者的日常需求。基于五次多项式插值算法对上肢康复机器人进行“取杯子”任务的轨迹规划和模拟仿真，仿真结果满足设定要求，可为患者提供良好的康复训练。同时计算和仿真数据为康复机器人运动控制提供数据支持。     

气动肌肉驱动助力机械腿的机构动力学分析

为帮助下肢有功能障碍的病人进行康复训练,设计了以气动肌肉作为驱动器的下肢助力机械腿。建立了该装置的运动学与动力学模型,并进行了仿真研究。通过仿真,对装置各关节角度、驱动力矩和气动肌肉出力之间的关系进行了分析,为装置的进一步控制研究打下了基础。     

步行康复训练机器人设计研究

针对中风或者不完全脊柱损伤患者术后康复需求,设计并制作了一种移动式新型步行康复训练机器人。通过四颗按钮开关,控制减重机构实现不同比例的减重;通过HJ6霍尔操纵杆,控制步行康复训练机器人的训练模式,包括前后直线运动和左右转弯运动。利用经典力学方法对步行康复训练机器人的关键零部件进行了分析,最终选择了合适的零件。最后,制作了步行康复训练机器人样机,并进行了运动功能实验。实验结果表明:步行康复训练机器人能实现所要求的功能,基本满足患者术后康复训练的需要。     

脑控下肢外骨骼技术发展及展望

由中风、脊髓损伤或其他相关疾病引起的行动困难的人数正在迅速增加。为了改善这些人的生活质量,帮助他们重新获得行走能力,需要大量的辅助行走设备。近来研究的脑控下肢外骨骼可以释放治疗师负担,并提供有效且重复的步态训练。在过去的10年中,外骨骼等机器人辅助器械取得了巨大的进步,一些产品已经商业化。脑控下肢外骨骼是可穿戴的机器人系统,集成了人类智能和机器人的力量。本文作者介绍了脑控下肢外骨骼的基本概念,并总结了几种脑控下肢外骨骼在步态康复方面的主要应用,并对获得穿戴者的动作意图和脑电信号处理技术做出评价,讨论了目前开发的下肢外骨骼的广泛应用、局限性、未来研究和发展方向。     

基于MATLAB的手臂康复机器人仿真研究

手臂康复机器人通过牵引患肢按规定轨迹运动,以锻炼肌肉、恢复运动功能,实现手臂康复训练.该机器人采用极坐标形式,由电机驱动各关节协调控制实现手臂的平面运动,该机器人可以在水平面和垂直面进行手臂运动锻炼.建立了基于MATLAB的手臂康复机器人控制模型,基于虚拟现实技术进行了仿真,仿真结果说明系统达到了预期效果.     

基于滑模PID控制的下肢康复外骨骼控制研究

为增强外骨骼机器人在医疗方面的康复效果,通过研究人体运动机理及人体各关节运动数据,设计了一款基于液压控制的下肢外骨骼机器人。首先,通过建立外骨骼动力学模型,基于拉格朗日法求出髋关节、膝关节处的驱动力矩,建立了髋关节、膝关节的动力学方程;针对动力学模型在实际计算过程中存在着误差及摩檫等因素影响,提出了一种PID和滑模控制相结合的控制算法;运用Matlab软件进行了模拟仿真实验,仿真结果表明,该控制系统能够使外骨骼机械腿达到良好的跟随效果;最后搭建样机实验平台,验证了控制算法的有效性,能够满足患者进行主动康复训练的需求。     

下肢外骨骼机器人设计及实验研究

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明：外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明：设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。     

一种六自由度上肢康复训练机器人运动学及工作空间仿真分析

针对现有上肢康复训练机器人存在功能集成度低和结构庞杂的缺陷,设计了一种6DOF可穿戴式上肢康复训练机器人。采用SolidWorks构建机器人的三维模型,通过ADAMS/View提供的模型交换接口导入ADAMS中进行运动学仿真。基于D-H表示法建立机器人的正向运动学模型,利用MATLAB软件对机器人进行运动学仿真及工作空间仿真分析。得到机器人末端轨迹仿真曲线与理论曲线一致,检验了机器人运动学方程推理的准确性,工作空间仿真结果说明了该方案的合理性。     

基于(RBF)神经网络的自动化电器设备故障诊断方法

为了对自动化电器设备的故障状态进行准确的识别,文章引入了(RBF)神经网络的故障诊断方法.并针对其不能学习新状态类型的缺陷,提出了一种改进的算法.并将该算法应用于电器设备的故障诊断,改进的算法除了能够对已知的状态进行准确的识别外,还能够发现并学习未纳入训练样本集的状态类型,从而具备了新状态类型的识别功能.     

下肢外骨骼电液伺服控制系统的设计与仿真

根据已设计出的下肢外骨骼模型以及由公式推出的外骨骼运动特性,设计液压缸的负载轨迹情况;对液压控制系统进行静态特性和动态特性分析,确定出液压系统的参数;通过用Simulink仿真对P控制、PI控制、PID控制3种方法进行比较,最终确定利用PID控制方法驱动下肢外骨骼运动。     

关于液压系统故障现场快速诊断仪器及其发展

分析了液压系统现场故障发生的特点,针对该特点提出了采用快速诊断仪器.本文对国内外通用、专用、综合等现场快速诊断仪器的类型、特点、技术参数、具体应用场合等进行了介绍,分析并提出了快速诊断仪器的发展方向.     

人体下肢多关节连续运动的肌电预测方法

为了准确捕捉人体下肢关节在不同运动模式下的运动状态，提出一种利用肌电信号进行下肢多关节连续运动预测的方法。采集人体在蹲起运动、膝屈伸运动和上下阶梯运动时的肌电和运动数据进行处理分析，利用肌肉骨骼几何建模软件Opensim建立人体骨骼肌肉仿真模型，并进行逆运动学分析，提取人体下肢关节运动曲线。建立人体下肢在矢状面内的运动与肌电的映射关系，利用麻雀搜索算法优化Elman神经网络，实现对踝、膝和髋关节角度连续变化的预测，与传统的反向传播神经网络、支持向量机回归和Elman神经网络预测结果进行对比。结果表明：利用麻雀搜索算法优化的Elman神经网络在预测下肢关节角度变化中具有更高的精度，且该预测模型在不同运动模式下关节运动预测值与测量值均表现出一定的相关性，相关系数均大于0.89,证明利用肌电信号进行下肢多关节连续运动预测是可行的。     

一种新型助力携行下肢外骨骼设计及仿真

设计了一种非拟人型下肢外骨骼,主要是由座椅、髋关节、大腿部结构、膝关节、小腿部结构、踝关节和鞋子依次串联而成,采用电机驱动。对下肢外骨骼进行了自由度分配与结构分析,根据坐标变换,运用D-H法建立下肢外骨骼的运动学模型。建立了下肢外骨骼虚拟样机模型,利用多体动力学仿真软件ADAMS进行运动学仿真。仿真结果验证了理论模型的合理性,为后期进一步研究外骨骼提供了依据。     

An EMG-Controlled SMA Device for the Rehabilitation of the Ankle Joint in Post-Acute Stroke

The capacity of flexing one??s ankle is an indispensible segment of gait re-learning, as imbalance, wrong compensatory use of other joints and risk of falling may depend on the so-called drop-foot. The rehabilitation of ankle dorsiflexion may be achieved through active exercising of the relevant musculature (especially tibialis anterior, TA). This can be troublesome for patients affected by weakness and flaccid paresis. Thus, as needs evolve during patient??s improvements, a therapeutic device should be able to guide and sustain gradual recovery by providing commensurate aid. This includes exploiting even initial attempts at voluntary motion and turns those into effective workout. An active orthosis powered by two rotary actuators containing NiTi wire was designed to obtain ankle dorsiflexion. A computer routine that analyzes the electromyographic (sEMG) signal from TA muscle is used to control the orthosis and trigger its activation. The software also provides instructions and feed-back for the patient. Tests on the orthosis proved that it can produce strokes up to 36° against resisting torques exceeding 180 Ncm. Three healthy subjects were able to control the orthosis by modulating their TA sEMG activity. The movement produced in the preliminary tests is interesting for lower limb rehabilitation, and will be further improved by optimizing body-orthosis interface. It is hoped that this device will enhance early rehabilitation and recovery of ankle mobility in stroke patients.