基于力反馈的手功能康复训练系统设计

为辅助偏瘫患者进行受损手指康复训练,设计一种力反馈手指康复训练系统。系统主要分为三部分:康复训练机构,下位机控制电路,上位机控制软件。系统有主被动两种训练模式。主动模式下,患者自己做训练动作,由磁流变液阻尼器提供相应的力反馈;被动模式下,电机带动机构和患者手指进行训练动作。同时,在机构上设置光电编码器、力矩传感器来采集患者进行康复训练时手指运动范围、力量等信息,作为对患者康复阶段的评估依据。实验表明,本康复训练系统可以有效辅助患者完成康复训练动作,有利于恢复受损手指功能。     

基于STM32的力反馈型康复机器人控制系统设计

研究了一种基于STM32的力反馈型康复机器人控制系统的设计。采用位置传感器和扭矩传感器检测康复机器人机械臂的位置信息以及机械臂与患者的相互作用力信息,将位置信息与作用力信息送入基于ARM-M3内核的STM32微控制器进行处理,从而实现康复机器人中驱动电机的控制。该系统硬件处理电路包括了扭矩信号的信号调理单元、微控制器控制单元、电机驱动单元以及USB接口单元。经实验验证,本系统可以实现康复机器人的平稳安全的控制。     

基于Internet的远程控制康复训练机械臂

针对上肢受伤和中风病人康复医疗的需要,将力反馈遥操作机器人技术应用于上肢受伤和中风病人的康复训练,研制了一种新颖的基于Internet的远程康复训练机械臂,使得医生可远程设定康复机械臂的训练模式和控制参数,从而控制机械臂,帮助在家中或社区医院的中风病人或上肢残障人员进行康复训练,医生利用反馈的视频图像及力反馈信息监控患者的训练状况.该系统可以大大提高医生的工作效率,方便广大中风病人和上肢残障人员.     

一种基于电流变液体的力反馈装置

针对虚拟现实和遥操作机器人技术的需要,提出了一种基于电流变液体力反馈装置的设计方法.该装置的核心材料是一种新型智能材料电流变液体,在施加电场的情况下,其流变特性如粘度会发生剧烈的变化.着重叙述了装置的实现原理、结构模型,分析了装置各参数对反馈力的影响,设计出装置结构并在此基础上对装置进行了力学实验,实验结果证明了文章所提出的力反馈实现方法的有效性.     

力反馈装置控制及伺服频率分析

本文研究力反馈装置的电机选取与力控制方法.通过分析力反馈系统特点,提出了电机最大电气时间常数指标与控制电机堵转转矩的方法.通过一维力反馈装置验证了该方法,并进行了虚拟墙的实验研究.     

力反馈装置控制及伺服频率分析

本文研究力反馈装置的电机选取与力控制方法。通过分析力反馈系统特点,提出了电机最大电气时间常数指标与控制电机堵转转矩的方法。通过一维力反馈装置验证了该方法,并进行了虚拟墙的实验研究。     

虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制

时滞和虚拟环境模型参数的变异性影响到虚拟手术力反馈系统的性能。在分析系统模型的基础上设计内模控制器,控制器直接置于系统前馈通道而无需增加闭环,控制更加易于实现,实验结果验证了该算法的有效性。     

基于Internet的力反馈技术研究

论述了基于Internet的力反馈技术及其相关技术的发展和研究意义,综合机器人遥操作控制领域的理论方法,结合多媒体技术的最新发展,构建了一种基于事件的系统结构及其设计方法．基于该方法,分析了系统的可靠性、稳定性及力媒体传输的透明性,并设计了一个基于Internet的力反馈技术的系统实例．     

磁流变液装置及其在力反馈数据手套中的应用

在传统数据手套的基础上,利用磁流变液这种智能材料的力学性能,设计了一种带力反馈功能的新型数据手套。该新型力再现数据手套的核心部件是其硬度可控装置。文中对硬度可控装置的原理、结构和控制电路等进行了详细的阐述。在机器人遥控操作中,利用这种新型数据手套结合图形仿真,操作者能够在本地虚拟环境中,充分掌握远地机器人与真实环境之间相互作用的关系,实现良好的力觉临场感。     

基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统的构建

针对医学手术排练演习和手术教学开发了虚拟脊柱手术模拟平台。在该平台上能够根据手术的真实环境,模拟常用手术器械和脊柱结构,实现人机实时交互。详细介绍了系统的硬件环境参数,并基于3DS MAX的建模和力触觉渲染引擎CHAI 3D进行仿真。仿真实验结果表明,基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统可以有效地模拟脊柱手术时的力反馈状态,帮助医师进行脊柱手术术前训练,并适用于高校的医学教学和医疗机构人员的培训。     

力触觉反馈装置发展概述

力触觉反馈技术起源于主从机器人领域,能够给操作者带来真实沉浸的体验,提高操作效率。近年来,随着遥操作、虚拟现实等技术的发展,力触觉反馈装置得到了研究人员的高度关注。首先,简要总结了力触觉反馈技术的发展状况;然后,对现有力触觉反馈装置进行了分类,介绍了近年来力触觉反馈装置的研究情况;最后,针对现有研究,分析和阐述了力触觉反馈装置的发展趋势,并指出了目前存在的问题,对力触觉反馈装置未来所面临的机遇与挑战提出了一些见解。     

一种七自由度力反馈手控器测控系统设计

多自由度力反馈手控器是遥操作的重要人机接口设备,提出了一种七自由度力反馈手控器测控系统的设计方案,实现对手控器末端位置的测量和向手控器输出反馈力/力矩.详细介绍了该手控器的位置检测原理、力反馈控制原理和控制器的软硬件设计.在完成系统调试后对手控器系统进行了测试,测试结果表明:设计的手控器系统测量精度达到±0.5 mm,三维平动力反馈控制精度达到5％ FS,满足多自由度力反馈遥操作的需求.     

基于物理的虚拟手抓持力觉生成和反馈

提出了一种基于物理的虚拟手静力抓持虚拟物体力觉生成和反馈方法,借鉴机械手抓持原理,在建立基于物理的虚拟手静力抓持通用力学模型并对其进行可解性分析的基础上,针对通用力学模型的多解性,提出了虚拟手最小力螺旋模型以生成力觉,并根据抓持物体的不同,进行模型实例化,实时求得各虚拟手指上的力和(或)力矩,实验结果表明,借助于本文的力觉生成和反馈方法,利用CyberGrasp力觉反馈数据手套,用户可在抓持虚拟物体时感受到真实的接触力。     

基于姿态与力测量的手功能自动康复评估方法

脑卒中后约70%的患者存在手部功能障碍,需要长期进行康复治疗。康复评估是制定康复治疗方案的科学依据。现有手功能评定方法需要有经验的医生指导患者完成目标任务,其评分机制具有一定的主观性,而且持续时间较长,整个评估过程不仅费力、复杂,还降低了患者的舒适度。目前仍缺乏准确的手功能自动评估系统,开发客观、定量、可靠的测量设备,实现手功能自动评估在康复医学中具有重要意义。因此,提出一种基于柔性阵列式薄膜压力传感器(Flexible Array Pressure Sensor, FAPS)和RGBD相机的自动Fugl-Meyer手功能评估系统。该系统采用Leap Motion双目视觉传感器跟踪手部/手腕的运动姿态,将FAPS分别附着在5种抓握工具上,记录5种抓握方式下手部的力信息。设计包含教学视频的上位机平台,指导患者康复评估动作。分别提取运动姿态和力信息的特征值,设计基于不同条件的逻辑规则分类方法进行每个动作的评定。进行了初步实验,结果证明该系统可用于手部运动功能的康复评估。     

一种被动力反馈阻尼器及其模型研究

根据力觉反馈的需要,设计了一种基于磁流变液的阻尼器,并建立了模型。介绍了磁流变液阻尼器的设计方法,该阻尼器由上、下盖组成密闭的壳体,转子通过轴设置于壳体内,壳体内充满磁流变液,在磁场作用下磁流变液屈服应力产生变化,转子相对于壳体转动时阻尼力连续快速变化,分析了阻尼器阻尼力构成及其可控性,运用较为简化的方法建立了阻尼器的逆动态模型,利用研制的阻尼器原型设计了实验系统并进行了挤压柔顺性物体和碰撞刚体力反馈实验,实验中阻尼器能够实现大范围的力觉反馈,因此表明设计方法有效、模型正确。     

带有振动触觉反馈的上肢康复系统

康复机器人在脑卒中患者的术后恢复治疗中起着重要作用。为了提高患者在康复训练过程中的主动性和专注度,提出了一种带有振动反馈的上肢康复训练系统。该系统利用多传感器获取人的上肢位姿信息,实现与虚拟场景的实时交互,并通过实时多层级振动反馈引导人的康复动作。通过心理物理学实验评估受试者对不同振动强度的感受,得出了人体感受区分明显的3个振动强度等级。构建了视触觉有效性实验,受试者需要在虚拟场景中完成特定的康复动作,实验结果表明,相较于无触觉反馈,受试者在振动触觉反馈的作用下可以更稳定高效地完成康复任务。     

具有力觉与视觉反馈的交互式纳米操作系统

提出了交互式纳米操作的实现方法,搭建了一个具有力觉与视觉反馈的交互式纳米操作系统．操作者通过该系统不仅可以实时感受到作用在原子力显微镜（AFM）探针上的力,而且可以实时观察到纳米环境在AFM操作下的变化过程,使得对微观世界的纳米操作如同在宏观世界搬运物体一样直观、灵活．实验结果证实了本系统的高效性及先进性．     

Lag-Stabilized Force Feedback Damping

A lag-stabilized, force feedback controller for damping initial and residual oscillations of a planar, cantilevered flexible arm has been analytically developed and experimentally implemented on a commercial robot. The controller feeds back force sensor measurements that are delayed in time and proportional to the displacement (angular orientation) of the arm in order to damp the oscillation. As a result of the lag (contrary to popular belief), the controlled robot system is stable and provides tunable performance on a Cincinnati Milacron T3-786 robot.