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。     

可穿戴式人体姿态检测系统设计

针对临床康复中人体关节活动度检测评估和康复机器人动作示教不方便、训练参数设置繁琐等问题,设计一种价格低廉、运动数据采集方便直观的人体姿态检测系统。系统采用MPU6050惯性测量单元,利用I~2C通信实现多通道传感器数据的采集上传,在上位机LabVIEW环境下基于互补滤波算法实现人体关节角度的检测。通过与某公司生产的三维步态分析及运动训练系统进行比对,证实此系统准确可靠,并利用此系统进行卧式下肢康复训练机器人示教动作采集,实现了机器人示教功能。     

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.     

髋关节康复机器人的运动学分析与仿真

康复机器人能够按照指定轨迹稳定运行是康复过程安全性和有效性的重要保证,因此机器人末端位姿与人体患肢位姿应保持高度重合,同时康复机器人应具备适应不同人体患肢长度的能力。为此提出了机器人与人体患肢运动学模型关联的计算方法。对所设计的平卧式五自由度髋关节康复串联机器人建立了运动学数学模型。将人体下肢简化为四自由度两关节连杆,建立人体的运动学模型,根据人体下肢参数计算患肢末端位姿,并将其作为输入条件代入机器人运动学模型求解,得到机器人的关节变量对关节转动进行控制。以屈髋和内旋动作为例,应用SimMechanics进行仿真,得到的各关节角度与目标设定值一致,且机器人关节角度范围满足人体髋关节活动度的康复要求。分析了下肢长度测量误差对髋关节康复角度及位置的影响。结果表明当大腿长度占比测量偏差为0.5%,位置偏差小于6 mm时,关节角度偏差小于1°。     

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。     

用Visual C++开发装配机器人微机屏幕示教盒

文章用VC＋＋6．0开发了一个精密装配机器人微机屏幕示教盒。该示教盒是基于PC机的精密装配机器人语言编程系统平台的组成部分。用户可通过鼠标操作该屏幕示教盒实现装配机器人的在线示教编程,从而可以替代传统的用单片机制作的示教盒。     

六自由度喷涂机器人示教检查的研究

通过介绍目前喷涂机器人的研究现状.引出在工业级计算机IPC与运动控制卡的平台上研制六自由度喷涂机器人的可行性.在参考其它工业机器人的示教检查的基础上,本文提出符合6自由喷涂机器人工作要求的新的示教检查的方法,并详细介绍示教检查中单步检查、连续检查和干运行三部分的程序流程及具体实现途径.     

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。     

机器人相机空间智能编程方法研究*

针对传统的示教编程方式存在操作复杂,效率低,危险性高等不足,严重限制了工业机器人的推广应用。基于自然的人机交互示教方式,提出了一种基于计算机视觉的相机空间工业机器人智能虚拟编程方法,本方法不需要实际操作示教盒和机器人本体,仅采用辅助示教工具在视觉相机空间示教就实现了工业机器人的虚拟编程。主要研究了实现该方案的关键技术即基于相机空间映射模型的视觉定位技术以及基于K-means聚类算法实现的相机空间映射关系自学习技术。最后,基于自主开发的机器人平台,开展基于相机空间的虚拟智能编程实验,验证了本文提出的相机空间工业机器人智能编程方法的可行性及正确性。     

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.     

人体下肢康复机构设计及运动学仿真

目前投入临床使用的医疗用康复机器人种类并不多,而在实际推广中成功的少之又少.它们有助于患者肢体的康复,但是却在机构设计、模块化设计等方面或多或少存在着一些缺点.借鉴国内外下肢康复仪器的优点,从分析人体下肢解剖学人手,设计了一种基于并联机构原理的新型下肢康复机器人.参照人体下肢基本尺寸,对康复机器人的整体结构进行了三维建模并进行了运动学分析.同时,运用软件对康复机器人进行了工作空间的分析和运动学仿真,确保了康复机器人结构设计和控制上的可行性.该设备结构简单,工作空间相对较大,同时能够根据不同人群调整设计参数,适应性强,对下肢康复的研究有着积极作用.     

一种外骨骼辅助康复机器人设计与实现

随着我国社会老龄化程度加深及各种意外伤害事故频发,下肢运动障碍患者持续增加,各种辅助康复机器人技术迅速发展;为帮助患者改善下肢运动功能,设计了一种基于TI高性能处理器的四自由度下肢外骨骼康复机器人,采用分布式控制系统结构,以组态屏为上位机,各关节驱动采用驱控一体化模块,使用C++语言编写机器人控制程序。通过实物样机实验,康复机器人可辅助患者完成正常步态行走、起立、坐下等基本功能,具有操作简便、结构轻巧、控制精度良好、成本较低等优点。     

冲压自动生产线上下料机器人示教编程方法

针对由多台机器人及多种辅助设备组成的冲压自动生产线编程量大、运动协调关系复杂、联锁信号多的特点 ,介绍一种离线规划与在线示教相结合的冲压机器人示教编程方法 ,对冲压机器人进行运动轨迹、作业内容等方面的示教 ,降低了示教内容的复杂性 ,节省了在线示教所占用的现场调试和生产时间。     

基于图像处理的人体步态信息采集与处理

为了获取健康人体的正常步态信息, 提出了一种快捷有效的获取方法. 通过在下肢关节点处粘贴标记点, 利用摄像机获取正常人行走的图像, 对图像进行二值化处理, 提取出标记点坐标. 经过最小二乘拟合分析可得到人体脚心在一个步态周期内的运动轨迹及运动速度. 最后对下肢康复机器人进行步态规划, 得到下肢康复机器人的步态轨迹及其速度,并对不同年龄人群的步态速度曲线进行了分析. 实验结果表明, 该系统可行性好, 工作稳定, 为下肢康复机器人的运动学分析与控制提供有力的理论依据和验证方法.     

冲压自动生产线上下料机器人示教编程方法

针对由多台机器人及多种辅助设备组成的冲压自动生产线编程量大、运动协调关系复杂、联锁信号多的特点,介绍一种离线规划与线示教相结合的冲压机器人示教编程方法,对冲压机器人进行运动轨迹、作业内容等方面的示教,降低了示教内容的复杂性,节省了在线示教所占用的现场调试和生产时间。     

基于STM32的机器人仿真示教器设计

为了克服传统机器人示教系统扩展性差且较为封闭等缺点,设计了一种基于STM32的机器人仿真示教器。该示教器以STM32作为主控芯片,引入μC/OSII实时操作系统,并采用以太网通信的方式,提高了系统的开放性。通过对利用计算机模拟得到的三维机器人进行仿真操控,验证该示教器的手动控制和示教再现等基本功能。实验结果表明,该仿真示教器可以灵活方便地练习机器人的示教操作,达到模拟操作实体机器人的效果,具有一定的实用价值。     

机器人图形示教盒编程的研究

本文介绍机器人作业的图形示教盒编程.通过建立机器人的运动学和三维几何模型,采用实时动画技术,在计算机屏幕上对机器人进行图形仿真示教,文中还讨论了图形示教程序的单步执行和实时修正方法,并给出了国产 PJ-lA 机器人进行喷漆作业的图形示教盒编程的实例.结果表明:机器人的图形示教盒编程具有生动、方便的特点,为机器人的编程研究提供了适用的工具.     

基于CAN总线的机器人示教盒通讯系统的设计

研发了基于CAN总线的新型机器人示教盒系统,采用ARM芯片为核心,并在其上运行了实时操作系统μC/OS-II。设计了一套CAN网络通讯协议,实现了一个示教盒同时示教多台机器人的一对多示教模式,在很大程度上改进和提高了机器人示教盒的性能。     

一种新的康复与代步外骨骼机器人研究

针对老年人及下肢障碍者康复训练与代步问题,本文提出一种新的康复与代步外骨骼机器人.本文首先详细介绍了机器人各部分组成及机构设计方案,通过下肢外骨骼与轮椅的有机结合,有效保持或恢复老年人、脑卒中患者下肢运动能力的同时,为患者提供一种方便的代步工具;运用脚蹬车运动制订康复训练策略,可保持下肢康复训练轨迹固定,保证患者安全;提出主从式操作方法及多模态康复训练控制流程提高使用者参与感.最后通过仿真与实验验证了所提康复系统的可行性与设计的正确性.     

基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统设计

针对目前下肢康复机器人控制系统设计时,存在的参数配置复杂、忽略踝关节的康复训练等问题,提出了一种基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统。根据下肢关节机械结构非线性运动,采用极点配置算法设计控制器,通过z变换对设计的控制器进行离散化处理,在以ARM—M3为内核的STM32微控制器中实现位置闭环控制。STM32微控制器通过串口协议与上位机通信,实现触摸屏控制微处理器,从而控制下肢康复机器人的运动模式。并实时地把各关节的角度信号和作用力信号传输到上位机进行曲线显示。实验对8名被测者在不同减重比下的被动行走训练进行测试,通过分析关节角度曲线和关节驱动力曲线,该控制系统能够实现下肢康复机器人在不同康复训练模式下协调平稳的控制。并能满足一定康复训练要求。