基于力反馈的上肢康复机器人

针对脑中风引起的偏瘫患者,提出了一种新的基于虚拟现实技术上的上肢康复机器人系统。该系统主要由上肢外骨骼装置,触觉装置,电机控制器和工作站组成。患者穿戴上肢外骨骼机构,安装在患者患侧,通过电机带动外骨骼运动从而使患者患侧运动。在外骨骼运动过程中,通过力反馈机构将患者受力或施力反馈到三维触觉操作器,进而反馈给对其辅助治疗的医生。     

上肢康复机器人研究及发展

为了对当前上肢康复机器人关键技术分析及未来发展方向预测,通过对世界范围内外骨骼式及末端牵引式上肢康复机器人研究现状分别进行介绍分析,从整体构型、控制系统及人机交互三方面总结各典型上肢康复机器人的关键技术,进而总结出未来上肢康复机器人从低自由度向高自由度、传统材料向新型轻质材料、刚性关节向柔性关节、传统控制向人工智能的发展趋势.研究结果可为上肢康复机器人的发展方向提供参考,促进上肢康复机器人的未来发展.     

主从式上肢外骨骼康复机器人的运动学研究

针对主从式上肢外骨骼康复机器人的机械臂活动空间设计和双臂干涉问题,基于Denavit-Hartenberg参数建模法,以人体上肢活动范围为边界条件,建立主从臂各关节在统一固定坐标系下的运动学模型;以齐次坐标运动学模型为基础,确定基于上肢运动极限位置约束的主从双臂间的安全活动空间,并利用蒙特卡罗算法进行仿真验证;根据主从双臂活动范围的安全距离与上肢活动规律,给出主、从双臂各五自由度康复机器人的设计及从臂跟随主臂意图运动的训练方法。计算机仿真试验和实验室样机现场试验结果表明,机器人活动空间满足康复训练上肢活动方式和活动范围等人体工学要求,解决了因主从臂干涉而造成的二次伤害等影响康复效果的问题。     

基于AHP-模糊综合评判的上肢康复机器人康复评价方法

以5-DOF穿戴式上肢康复机器人为平台,提出了一种基于AHP-模糊综合评判的康复评价方法,依据康复医学知识建立了AHP递阶康复评价模型,选取适当的AHP-模糊关系合成算子逐阶求取康复评价指标．通过实例验证了该评价方法具有一定的科学性及充分的可行性,为实现5-DOF上肢康复机器人的康复评价功能提出了一种新思路．     

上肢康复机器人机构设计与分析

针对上肢功能障碍患者的自主康复训练问题,在对现有康复机器人研究方案的深度剖析的基础上,为简化机构降低成本,提出了一种基于气缸驱动的2自由度上肢康复机器人.首先在SolidWorks建立上肢康复机器人的整体模型,通过D-H分析法建立坐标系,求得系统正运动的参数方程,利用Matlab对该机器人末端机构的位置进行分析,其次运用雅克比矩阵求解末端执行器的速度,结合ADAMS对建立的上肢康复机器人模型进行运动学仿真分析,最后在ANAYS中对大臂支撑件和小臂支撑件进行静力学分析.研究结果表明,该上肢康复机器人机构在简化结构后,仍然能保证康复训练的可行性,为上肢机器人的推广使用提供了理论参考.     

气动肌肉驱动的上肢康复机器人动力学仿真

针对目前外骨骼机器人本体结构复杂,人机交互安全性不高的问题,结合驱动系统中气动人工肌肉的轻质、大驱动力、高柔顺性和接近人体肌肉的特性,提出一种基于气动肌肉的外骨骼上肢康复机器人。采用蒙特卡罗方法获得机器人的安全工作空间,并基于拉格朗日方程对外骨骼上肢康复机器人进行动力学建模,通过MATLAB软件对上肢康复机器人动力学特性仿真。     

4自由度上肢康复外骨骼机器人设计与分析

针对现如今上肢康复外骨骼机器人外部结构以及运动问题，利用Solidworks设计出一种4自由度可穿戴上肢康复机器人，基于人体上肢生物力学结构，使其关节和链接与人体的关节和链接相互对应，根据此基础设计出人体上肢运动学模型，使用D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系，得到坐标转换矩阵，通过Matlab机器人工具箱进行运动学分析以及工作空间仿真模拟，进一步验证了运动学分析的可性。     

柔性穿戴式上肢康复机器人关节运动控制研究

针对传统康复机器人重量重、穿戴不便、运动柔顺性差等不足,基于轻量化、柔顺性、易穿戴和人体工学等设计原则,设计了一种柔性穿戴式上肢康复机器人.采用弹性布作为机器人基体,气动人工肌肉驱动的类拮抗式关节,实现了肘关节屈/伸及旋前/旋后运动.基于气动人工肌肉的力学特性模型,采用拉格朗日法建立了康复机器人的动力学模型.针对气动人...     

基于模糊推理的上肢康复机器人自适应阻抗控制

根据患肢的病情特点为患肢康复运动提供最优的辅助力,保持系统的稳定,是机器人辅助康复控制技术中的关键所在.针对此问题在传统阻抗控制方法基础上,提出一种基于力参考值在线模糊调整的模糊自适应阻抗控制算法.该算法首先对患肢机械阻抗参数进行在线辨识,然后根据辨识得到的参数,运用模糊推理技术对康复机器人末端同患肢之间相互作用力的期望值以及目标阻抗控制参数进行实时调整.分析和仿真试验结果表明,该方法较传统阻抗控制方法更能有效地适应患肢病情的变化,具有较好的稳定性和鲁棒性.     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明：优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

一种脑卒中上肢康复训练定量化评价方法

针对脑卒中传统评价的方法存在指标单一、对康复效果变化不敏感等问题,提出了一种以层次分析法与熵值法相结合的综合评价方法。首先,利用肌骨建模软件AnyBody对康复运动进行逆向动力学仿真;其次,从难度、执行度、平顺性等7个指标分析受试者的运动特征,通过计算获得：人体康复训练的执行能力不但与运动的难易程度有关,还与生理结构有关,执行能力在中间位置处最大（4.9269±0.2713）;随着熟练程度的增加,运动时间减小,执行能力从不熟练（4.7518±0.0832）到很熟练（5.5503±0.0692）显著提升。进一步地建立了层次分析法与熵值法的综合评价模型,通过将训练过程中各项评价参数输入到综合评价模型中,实时计算得分,来获得患者的康复情况。实验结果表明：脑卒中患者在3种状态（不熟练、较熟练和很熟练）下的综合评分变化显著,验证了这种定量化评价方法的有效性,对治疗师最佳康复训练计划的制定具有一定的参考价值。     

一种下肢康复机器人机构及匀速训练方法的研究

针对下肢具有功能障碍的偏瘫或残疾患者,文章研制了基于五杆并联机构的新型坐式下肢康复机器人,建立了患者下肢与康复训练机构的人-机参数化模型,并利用闭环矢量法对模型进行运动学正、逆分析,推导出其运动学方程。根据运动学分析并利用Matlab进行编程,分段拟合得到匀速训练下曲柄角速度与时间的函数,并在Pro/E软件中进行验证,仿真数据表明该函数和运动学分析结果是正确的。     

基于稳态视觉诱发电位的脑电控制上肢康复机器人

针对现阶段基于脑机接口(brain-computer interface,BCI)的康复机器人存在多目标分类时间长、识别准确率仍有待提升的问题,设计了一种由脑电信号控制的上肢康复机器人,对脑电信号中的稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked po-tential,SSVEP)分类,进而判断出受试意图并输出相应动作指令.基于MATLAB的Psychtoolbox工具箱设计了包含5个刺激矩形的频闪界面作为视觉刺激器,刺激大脑生成SSVEP信号,对应上肢康复机器人的5个控制指令.运用多导联同步指数(multivariate synchronization index,MSI)算法对采集到的信号进行分类并输出控制指令,机器人在接收指令后执行特定动作.实验得到的机器人动作正确率最佳为98.33％,平均信息传输速率为23.11 bit/min.结果表明:SSVEP信号控制的上肢康复机器人在辅助治疗的方面具有良好的应用前景,可以有效提高肢体偏瘫患者的康复效果.     

机器人的鲁棒自适应轨迹跟踪控制

针对存在参数不确定和外界扰动的机器人系统,提出了一种基于模糊控制的鲁棒自适应跟踪控制器设计方法.该方法基于Lyapunov稳定性理论,整个闭环系统渐近稳定.通过二自由度机械臂系统的计算机仿真结果验证了该方法的有效性,可用于不确定性机器人系统轨迹跟踪鲁棒控制.     

A novel 5-DOF exoskeletal rehabilitation robot system for upper limbs

A novel 5-DOF exoskeletal rehabilitation robot for upper limbs of hemiplegic patients caused bystroke is proposed in this paper.Its hardware structure is introduced and the control methods are ana-lyzed.To implement intelligent and interactive rehabilitation exercises,motion intention of patients' up-per limb is introduced into control methods of rehabilitation exercises.In passive motions,according tothe character of unilateral impaired,multi-channels surface electromyogram(sEMG)signals of patients'hea...     

上肢肩肘关节运动功能的综合性运动学评价指标

为了解决在神经康复机器人技术中实时定量进行运动功能评价的问题,提出了一个综合考虑了方向控制特征、运动范围,以及速度控制特征的运动学评价指标,用于评价偏瘫患者上肢肩肘关节的运动功能水平。以清华大学开发的复合运动神经康复机器人为平台,对8位偏瘫患者进行临床测试实验,优化了该指标中各特征的加权影响系数,并利用该综合性运动学评价指标对验证组的偏瘫患者进行了量化打分。结果表明,该综合性运动学评价指标与临床常用的Fug l-M eyer量表具有较高的相关性,可以用来定量表达肩肘关节运动功能,并且可以实现在线的实时检测。     

新型可穿戴式多自由度气动上肢康复机器人

针对中风和脑外伤患者的运动功能障碍问题,设计了一种新型可穿戴式多自由度上肢康复机器人,采用气动肌肉驱动,能有效辅助患者完成肩伸、肩旋、肘伸以及指掌和指间关节的复合功能运动训练.最后,采用PID控制器进行了初步的临床实验,实现了各关节角度的参考轨迹跟踪.实验结果验证了所设计的上肢康复机器人的可用性和有效性.     

一种混合输入并联康复机器人的设计与分析

针对缺少适于社区与家庭使用的康复机器人的现状,文章基于混合驱动系统研制了一款运动轨迹、幅度均可调的个性化上肢康复机器人。首先介绍了该机器人的机构及功能,包括机器人的技术参数、常速驱动装置、水平驱动机构及角度控制机构;在此基础上建立了人/机一体化模型,并对该机器人进行了运动学及动力学分析,从理论上证明了设计方案的可行性;最后进行了样机功能性试验。试验结果表明,该机器人可使受试者实现肘关节活动范围为3.5°～136.7°、肩关节活动范围为-18.3°～56.6°的上肢运动。     

康复训练辅助技术研究进展

 康复训练是脑卒中或其他神经肌肉损伤疾病患者的必要治疗手段。基于国内外对康复训练辅具和相关辅助技术的研究，从康复功能评定技术、可穿戴技术、脑神经科学技术、虚拟现实和多模态调控技术等方面综述了康复训练辅助技术在检测、康复训练和治疗上的研究进展。关键词康复训练；康复评定；康复训练辅助技术