基于自适应Chirplet分解的偏瘫肌强直症状评估

为对偏瘫患者的痉挛性肌强直症状进行定量评价,设计了一种基于自适应Ch irp let(线性调频小波)分解的表面肌电信号处理方法。采集了15例偏瘫患者在上肢单关节神经康复机器人上做肘关节被动屈伸动作时肱二头肌的表面肌电信号。通过比较不同患者的最优Ch irp let时频参数,量化评价患者肌强直症状。结果表明:通过该方法得到的患者在出现肌强直症状时的肌纤维放电时间与患者相应的简式Fug l-M eyer运动功能评价(上肢)分数存在较好的线性关系,可以从一个方面反映偏瘫患者患侧上肢的运动功能。     

基于自适应Chirplet分解的偏瘫肌强直症状评估

为对偏瘫患者的痉挛性肌强直症状进行定量评价,设计了一种基于自适应Chirplet(线性调频小波)分解的表面肌电信号处理方法。采集了15例偏瘫患者在上肢单关节神经康复机器人上做肘关节被动屈伸动作时肱二头肌的表面肌电信号。通过比较不同患者的最优Chirplet时频参数,量化评价患者肌强直症状。结果表明:通过该方法得到的患者在出现肌强直症状时的肌纤维放电时间与患者相应的简式Fugl-Meyer运动功能评价(上肢)分数存在较好的线性关系,可以从一个方面反映偏瘫患者患侧上肢的运动功能。     

基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制技术

针对下肢运动功能障碍患者术后康复训练辅助设备的跟随控制问题,本研究提出一种基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制方法。根据康复机器人的结构特性和功能要求,建立机器人运动数据信息采集系统和下肢康复机器人的运动学模型;构建机器人平台上的人体姿态行为信息采集传感器系统,通过分析位移传感器所采集的数据,得到表征人体姿态行为变化的相关信息,经上位机计算生成康复机器人的期望跟随速度;同时,基于模糊PID控制算法设计了跟随控制器。通过仿真和实验验证该控制算法能够有效减小机器人实时跟踪使用者运动过程中的误差,实现康复机器人对人体运动姿态良好的跟随效果。     

基于惯性传感器遥控示教康复系统的研究

针对上肢康复机器人的被动康复训练,建立了一套基于惯性传感器且用于UR协作机器人的实时路径规划的示教系统.利用固定于示教者手心处的惯性传感器,实时获取手部相对于大地坐标系的位姿数据,经过坐标变化,转变为机器人末端在机器人机架坐标系中的位姿数据,再由通讯系统传给机器人系统,最后经逆向运动学转变为机器人各关节坐标数据,进而实现机器人带动患者上肢进行康复运动.现场测试验证了该系统功能的有效性.     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构运动学建模及仿真

助行训练机器人是一种帮助偏瘫、截瘫患耆进行行走训练的康复设备,其作用是通过对人体骨盆中心和腿部的控制实现行走功能,进而达到锻炼肌肉和康复行走功能的目的．该文提出了4自由度骨盆位姿控制机构,基于齐次坐标变换建说了位姿控制机构的运动学模型,利用MATLAB／Simulink完成了运动学仿真,验证了运动学方程的正确性．本研究为助行训练机器人控制系统设计提供了依据．     

辅助上肢运动康复机器人技术研究

为了给上肢偏瘫患者的治疗提供有效的辅助工具,研制了一种新型神经康复机器人。该机器人采用二连杆机构模拟人体上肢,其中机器人大臂、小臂分别由两台伺服电机驱动,可以实现平面内的复合运动。另外,该机器人系统针对患者病情的不同阶段,可以提供相应的训练模式。对临床30名患者为期1个月的辅助治疗结果显示:病人对这种新的治疗方法不反感,上肢的运动功能得到明显改善,未发现其他副作用。     

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.     

一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人设计

针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节运动原理,进行绳驱动关节张力分析,运用D-H法建立机器人的运动学模型,分析正运动学,通过ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,运用CUBSPL函数作为驱动得出各关节的力矩变化,为后面各个关节电机的选型提供依据。     

帕金森患者步行运动的定量分析

为了分析PD患者步行运动的变化特征,评价其运动功能,设计了一套基于穿戴式无线传感器网络的运动功能评价系统.该系统采集步行过程中的加速度和角速度数据,计算人体上下肢和躯干的时空参数,包括摆臂幅度、频率等5个上肢运动学参数,步长、步速等7个下肢运动学参数以及转弯时间、角度等3个躯干运动学参数,以评价运动的协调性和对称性.针对13例PD患者和15例相同年龄段健康老人的实验结果表明,在行走过程中,PD患者的步长与手臂摆动幅度均小于健康老人,但波动性较大,上肢和下肢的对称性和协调性均较差.据此可知,该方法能反映PD患者步行运动的变化特征,有效评价其运动功能.     

人机末端交互运动中轨迹跟随控制算法

为了解决上肢康复机器人的灵活性低、体积笨重和康复效果差等问题，提出了使用协作机器人UR10作为一种新的康复辅助工具的控制算法。通过建立UR10的运动学模型和患者手臂运动学模型，确定患者手臂与UR10协作机器人末端交互运动的灵巧空间，获得机器人与患者合理的相对安放位置。在患者上肢手掌心能够到达的运动空间中，选定两条距离长度最远的空间轨迹，利用Robotics Toolbox对机器人末端沿代表性轨迹进行仿真，验证轨迹跟随控制的准确性。现场测试也验证了轨迹跟随和灵巧空间的有效性。     

基于安全性考虑的五自由度外骨骼式上肢康复机器人自适应控制

针对一类具有特殊安全性要求的五自由度外骨骼上肢康复机器人,研究了一种自适应控制策略。该机器人协助患者的肩、肘、腕关节进行关节运动,以达到上肢运动功能康复的目的,因此,在整个康复训练中如何保证患者安全是机器人控制策略的重点。为确保良好的跟踪性能,所提出的控制策略具有在模型不确定条件下的鲁棒性;为进一步提高系统在大参数变化以及执行器故障时的安全性能,提出了一种在线更新的自适应控制器。该控制器仅需要进行位置测量实现输出信息反馈,而速度和加速度通过观测器估计得到,不需要依靠其他传感器信息。设计了一个参数可调和有界误差的轨迹跟踪实验,仿真结果验证了本控制方案的有效性。     

欠驱动单机械臂的运动学研究

本文以平面内转动关节连接的单机械臂为研究对象,针对其运动学以及单臂的控制原理进行研究.首先利用机器人数学基础,推导出单臂机器人的运动学递推方程,讨论了其正运动学变化矩阵以及求解雅克比矩阵.然后,以单臂3R欠驱动机械臂为研究对象,对其位置控制进行研究,提出了一种分阶段控制欠驱动机械臂的新方法.控制目的为实现操作臂末端点到达目标位置,由此实现了平面内3自由度欠驱动机械臂的位置控制.     

多关节凿岩机械手快速定位方法

凿岩机器人在工作时,完成的任务是随机的,它每1只机械手具有6个转动关节和3个移动关节.在定位时,其运动学逆运算过程相当复杂,为满足实时控制的需要,必须实现快速逆运算.作者在分析凿岩机器人钻臂结构的基础上,利用钻臂的双三角支架的空间平移性能,根据各关节变化所引起的钻臂端部位姿的变化,综合机器人学中运动学知识,建立一个专家系统,采用拟人化的方案--"先定点,再定位姿",解决凿岩臂的快速定位问题,以实现描述各关节位置的变量的快速逆运算.根据实际工作情况,首先使钻臂的端点与目标定位点重合,求解出相应的关节运动变量的值,然后把凿岩机械手看作闭链机构,再选择相应的运动关节确定钻臂的空间位置,从而简化了计算的难度,可快速、精确地求解机械手的各关节变量值.     

关节型机器人高承载轨迹规划方法

针对机器人在工作过程中存在关节载荷较大等问题，以饰面作业机器人（以下简称Hebut-KB机器人）为研究对象，提出一种面向大载荷施工作业环境下机器人驱动承载能力最优的轨迹规划方法。首先，对Hebut-KB机器人运动学及简化刚体动力学进行分析，使用多目标遗传算法（NSGA-II）求出在满足运动学与动力学约束条件下的多组优化解，然后建立起关节型机器人驱动承载能力的评价指标，最后通过驱动承载能力评价指标选取出潜在最优解。仿真和实验表明，使用驱动承载能力评价函数选取出的解可以达到综合最优效果，有效的提升了机器人的承载能力。     

旋转对称型四足机器人站立-翻滚变形规划

设计了一种可实现翻滚的四足机器人,不仅可以采用步行方式通过崎岖地形,而且可以自主变形成为滚动体,从而采用翻滚模式通过平坦地形.机器人四肢由弓形杆件组成,机体采用球冠外形,根据旋转对称原则设计肢体的几何参数和质心分布.由站立模式向翻滚模式变形过程中,将机器人简化为平面连杆机构,建立了变形过程中机器人质心运动学模型.提出势能变化最小的变形策略,采用惩罚函数法,优化变形终止时刻机器人的位形.针对变形运动学方程的非线性特性,采用最小二乘法进行关节轨迹规划.结果表明机器人质心运动轨迹满足变形策略.     

基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划

提出了一种基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划的方法。运用空间向量法计算出人体关节转动角度,通过建立人体关节与机器人关节的映射关系,将体感设备采集到的人体骨骼信息通过无线方式将控制命令传输给机器人,实现机器人的动作模拟。机器人的轨迹规划通过使用体感设备采集手臂末端位姿及运动轨迹,通过逆运动学求解,实现机器人手臂沿相同位姿运动。最后,通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性。     

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.     

基于MATLAB的机器人运动仿真研究

按照一定的要求对一种柱面坐标机器人进行了参数设计，讨论了该机器人的运动学问题，然后在MATLAB环境下，用Robotics Toolbox对该机器人的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行了仿真．通过仿真．观察到了机器人各个关节的运动．并得到了所需的数据．说明了所设计的参数是正确的．从而能够达到预定的目标，     

网络遥操作新型七自由度数据臂的设计

为了改善数据臂的操作性能,采用面向手臂关节的设计思想,设计了一种用于网络遥操作的新型七自由度数据臂.利用ADAMS构建了右手臂结构模型,分析了腕关节和肩关节的自由度,并建立数学模型.利用该数据臂控制虚拟机器人在虚拟场景中完成抓取棒料实验,结果表明:该数据臂既可以检测人手臂各关节变化,又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化,具有部分关节力反馈功能.该数据臂成功应用于网络遥操作主从臂控制仿真平台,取得了良好的效果.