人体下肢康复训练机器人及其造型设计

为帮助中风后的病人、下肢运动功能弱的老年人、事故或灾难造成的人体下肢运动障碍等的人群进行行走能力的恢复,设计了一种针对人体下肢运动功能恢复的康复训练机器人,解决了智能康复辅具的不足问题.该康复训练机器人由机构、控制系统和安全系统构成,并集成了多种传感器,可实时伴随训练人士,通过人机交互系统实现自动向前、左右转弯和防摔倒等功能.实验表明该系统操作简单,可靠性高.开发了两代下肢康复训练机器人,第一代康复训练机器人已在医院得到了初步应用.对文中讨论的第二代康复训练机器人在造型和局部功能方面进行改进,给出了康复训练机器人的造型设计方案.      

下肢康复训练机器人单片机控制系统设计

康复训练机器人是近年来出现的一种新型机器人，下肢康复训练机器人是其中的一种，它可以模拟正常人的行走姿态，对下肢有运动障碍的病人进行下肢康复训练．详细介绍了它的机械结构和工作原理，由AVR单片机实现的控制系统以及软件设计，给出了实验样机照片和实验所得数据，样机基本实现了模拟正常人的行走姿态的功能，为康复训练机器人的进一步研究打下了基础．     

基于外骨骼机器人下肢康复训练评价策略研究

脑卒中引起的下肢瘫痪是一种常见疾病,临床中由理疗医师施以积极的人工理疗可使患者下肢得到有效的恢复,但存在理疗过程人为因素大、评价标准不一致的缺陷。基于以下肢外骨骼机器人辅助患者进行下肢康复训练的技术,以提高康复训练效率为目标,对肢体运动功能评价的现行标准、评价指标、评价方法三个方面进行了分析,提出具有代表性的康复评定参数,进而研究出适用于利用外骨骼下肢康复机器人进行下肢康复训练中的康复评价策略。     

下肢康复训练机器人的重心轨迹控制研究

通过从理论上建立人行走时重心轨迹运动学模型，设计了一种基于下肢康复训练机器人的重心轨迹控制系统，并对此重心轨迹控制系统进行了机构运动学仿真．对机构所能得到的模拟重心轨迹与理论得到的重心轨迹进行了对比分析，为重心控制系统的最优化设计提供理论依据．     

移动式康复训练机器人及下肢康复运动分析

提出了一种融合轮椅助行与康复训练为一体的移动式康复训练机器人的设计,该机器人除可实现坐、卧、站、助行等基本功能外,还兼具下肢康复训练能力.首先对移动式康复训练机器人的结构原理进行了介绍,其次针对机器人坐姿状态下的下肢康复机构进行了运动学建模.针对坐姿状态下下肢训练机构关节空间与训练空间的广义坐标不同,建立了下肢训练机构训练空间与关节空间的映射关系模型.最后基于所设计的下肢训练机构,对其可实现的典型训练模式进行了规划分析,证明了本研究中下肢康复机构设计的有效性.     

下肢外骨骼康复机器人人机交互力自适应导纳控制

对于下肢具有残余肌力的下肢瘫痪病人,基于标准步态轨迹被动训练的康复方案无法满足锻炼肌肉的康复训练需求,为此提出了一种人机交互力自适应控制的下肢外骨骼康复机器人控制策略,并设计了可实现康复训练的控制方法。该方法以健康人体行走步态为下肢外骨骼康复机器人的位置控制参考,以穿戴者的自身腿部用力作为力控制约束,根据穿戴者自身腿部力量大小,智能控制和调整步态曲线,以更加适应穿戴者的康复训练需求。仿真试验结果表明,相对于完全被动的康复训练模式,自适应力控制模式能够有效地调整康复过程中人机交互力,可以适应多种不同的康复训练需求,从而大大提高受损患肢运动功能恢复的康复治疗进程,具有实际的应用价值。     

下肢外骨骼机器人在运动康复中的协同性研究

运动员在日常训练或在比赛中出现的损伤给运动员造成了巨大的痛苦.文章研究一种可以帮助受伤运动员进行康复训练的下肢外骨骼机器人,首先,分析人体的运动过程,然后通过大量不同人体尺寸下的步态数据分析,掌握人体步行各个循环阶段下肢各关节的运动学规律,并对下肢外骨骼机器人用拉格朗日法建立了动力学模型.其次,根据建立的动力学模型和下肢外骨骼机器人的特性设计了一种基于鲁棒自适应PD控制的控制系统,并对其进行仿真,证明设计模型的可行性.     

基于迭代学习控制的下肢外骨骼康复训练机器人运动策略

将具有不依赖系统模型精度，并且能够通过不断学习实现高精度控制等优点的迭代学习策略应用于下肢康复训练机器人运动控制.通过分析人体下肢结构与运动特征，得到下肢外骨骼系统各关节的空间位置参数；采用拉格朗日法对下肢外骨骼康复训练系统进行动力学分析，设计迭代学习控制器.仿真结果表明：迭代学习控制策略能够实现高精度跟踪期望轨迹的目标.     

下肢外骨骼矫形器运动学分析

基于减重步行训练原理,研究下肢外骨骼矫形器康复系统.针对下肢康复训练机器人不存在固定基座,利用常规的方法进行运动学分析较困难的问题,引入参考坐标系的坐标变换矩阵,建立下肢康复训练机器人运动学模型,推导出步行训练机器人正逆运动学公式.最后规划步态轨迹,利用ADAMS软件进行运动学仿真和双腿外骨骼矫形器样机试验,验证了运动学模型及其推导公式的正确性.     

一种新型下肢康复机器人的机构设计与分析

针对缺少在社区与家庭中使用的康复机器人的现状,提出一种新型下肢康复机器人设计方案.首先,根据患者康复训练需求完成了机器人的机构设计,建立了机器人的三维模型并介绍了其具体结构;其次,在矢状面内建立人-机模型并对机构进行运动学分析,对精确实现踝关节规划轨迹的控制规律进行了仿真分析;最后,基于样机进行了多位姿试验.试验结果表明:机器人能够实现"坐-卧-站"多位姿康复训练,该机器人设计方案具有可行性,能够为不同康复期的下肢偏瘫患者提供针对性的康复训练轨迹,有助于偏瘫患者康复训练.     

16周规律太极拳练习对中老年人下肢本体感觉和肌力的影响

目的:探讨规律太极拳练习对下肢机能的影响,为预防或延缓老年人下肢功能衰退提供理论依据.方法:选择40名普通健康人为研究对象,随机分为实验组(16周24式简化太极拳练习)和对照组(无规律运动),完成16周前、后下肢本体感觉、肌力、神经肌肉控制能力等测试.结果:与实验前相比,1两组受试对象下肢肌力均有提高,但太极拳练习组等长60°肌力前后比较有显著性变化.2实验组受试对象左、右膝关节运动觉有显著改善,对照组左、右膝关节运动觉均没有显著性变化;两组受试对象膝关节左、右侧三维位置觉实验前后比较均没有显著性变化.3两组受试对象左右侧闭眼单腿站均有提高,但实验前后比较均没有显著性变化.4实验组受试对象下肢闭眼走直线偏离中线长度实验前后比较均有显著性变化.结论:1 16周规律太极拳练习能够明显改善中老年人下肢肌力和本体感觉机能.2 16周规律太极拳练习能够改善中老年人下肢神经肌肉控制能力,但对平衡机能的影响不显著.3 16周规律太极拳练习能够改善中老年人下肢机能,应科学应用到大众健身中,预防老年人跌倒发生.     

基于阻抗控制的下肢康复外骨骼随动控制

针对外骨骼单一的轨迹跟随控制难以满足患者主动康复训练需求的问题,将基于计算力矩的阻抗控制应用到下肢外骨骼中,分析控制系统的误差,设计一种自适应鲁棒补偿控制器。研制一种基于电机+套索传动的下肢外骨骼,降低外骨骼下肢的质量以提高轨迹跟踪效果。采用Lagrange法进行动力学分析。建立MATLAB和ADAMS虚拟样机的联合仿真平台,分析不同阻抗参数对人机交互力跟踪效果的影响。联合仿真实验结果表明,机械和控制系统具有良好的轨迹跟踪和人机交互力跟踪效果,验证了算法的有效性,满足患者进行主动康复训练的需求。     

含神经控制的下肢肌骨系统正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题,以下肢步态为研究对象建立了包含神经兴奋肌肉收缩动力响应和肌肉肌腱动力特性在内的下支系统正向动力学分析模型,并针对自然步态的运动过程,采用参数最优化方法进行了模拟计算。计算结果与实验测量的比较表明:正向动力学方法可将肢体运动状态、肌肉收缩力、神经控制信号等联系起来,求解人体步态的控制模式。该文建立的模型和计算方法为下肢运动的模拟分析和人体冗余运动控制机理的研究提供了基本的分析工具。     

跑跳中下肢关节肌肉生物力学特性测试方法的研究

通过直接测量下肢环节的加速度后换算成角加速度,并利用积分平滑的方法处理下肢坐标数据,利用人体简化模型进行逆向动力学的研究,得到了跑动中下肢关节力矩的变化规律。本方法可用于跑跳中下肢关节肌肉力矩生物力学特性的研究。     

超声断层成像系统对四肢成像的早期研究

考虑到超声断层成像技术不仅具有超声非侵入、无辐射、低成本等优点，并可以进行断层成像获取断层信息，对四肢成像有着广泛的应用前景.文中介绍了华中科技大学医学超声实验室研发的新一代超声断层成像系统的系统结构、控制方案和原始数据采集过程，并与上一代原理样机参数进行比较.设计了大腿和小腿腹的数据采集实验用于四肢超声断层成像的早期研究，对比大腿和小腿腹超声断层图像和解剖结构图发现二者具有很高的一致性，为超声断层成像技术后续的四肢成像研究奠定了良好的基础.     

控制系统的结构图与系统的小波传递函数

从小波分析的角度讨论控制系统的数学模型，引入了一种基于小波变换的传递函数即小波传递函数。并依据小波传递函数提出了控制系统的结构图和控制系统的传递函数；同样，可以根据梅逊公式去求控制系统的小波传递函数。     

采用支持向量机评估老年人步态对称性的研究

采用支持向量机（SVM）评估老年人步态的对称性.将鉴别老年人下肢左、右两侧的步态模式相似性问题转化为二分类问题,通过识别老年人下肢左、右两侧的步态模式,确定其两侧步态模式相似性的差异,判断其步态的对称性.采集24名健康老年人下肢左、右两侧的步态数据,采用交叉验证方法评估SVM泛化能力,测试了多项式核、径向基核、线性核.结果表明,多项式核、径向基核的泛化能力优于线性核,基于多项式核的SVM识别左、右两侧老年人步态模式的分类正确率较高（88%）,可有效地提取步态模式的非线性信息.SVM有望成为评估老年人步态对称性的一个有效的工具,有助于及早预防老年人跌倒和老年性疾病发生,提高老年人生活质量.     

搬运助力外骨骼机器人运动学建模与仿真分析

为辅助工作人员高效轻便地完成搬运工作,设计一款结构合理与运动灵活的搬运助力外骨骼机器人。利用D-H参数法分别建立了外骨骼机器人下肢和上肢的运动学模型,对其进行正逆运动学求解。利用Pro/E软件建立搬运助力外骨骼的三维实体装配模型,并将其导入ADAMS中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果表明,下肢外骨骼能够满足人体运动,符合人体行走特征,上肢外骨骼符合人体搬运托举物体的特征。