机器人磨削个性化人工髋关节柄的方法与实验

人体髋关节髓腔具有S型的形状,并且具有个性化特征.现有标准型的直柄人工髋关节与病人髓腔匹配时将形成三点接触,降低了人工髋关节与病人髓腔的贴合度.利用病人的CT数据重建髋关节髓腔的三维模型,将该三维模型作为人工髋关节关节柄的设计模型,并利用机器人磨削技术将该关节柄复制到铜棒上,通过检测加工后的关节柄与三维模型的尺寸误差,验证机器人磨削个性化人工髋关节的可行性.实验结果表明,关节柄磨削完成后,在其上取断面进行测量,其与髓腔三维模型的最大误差为0.624 8mm.     

挑战强直性脊柱炎的“山东大汉“:记著名骨伤科专家郑海平

1996年,19岁的霍健强让亲人用担架抬到北京红十字晓园医院,抱着最后一线希望,请这里的骨伤科主任郑海平大夫诊治。郑海平大夫检查后发现病人的胸、腰椎形成骨桥,脊柱后凸畸形,骶髂关节完全融和,双髋关节融和固定屈度45°,导致病人后背呈驼背、下肢呈45°固定位,生活不能自理。郑海平大夫诊断其为强直性脊柱炎,给予“消骨散”外敷点燃渗透治疗,辅以中药方剂汤药调节。2个月后,病人可以拄双拐下地;6个月后奇迹出现,临床体症消失——双髋关节能屈90°、伸直至180°,驼背恢复正常,霍健强可以独立行走了!患者     

骨盆内移截骨加植骨造盖治疗大龄儿童先天性髋关节脱位

目的：研究一种大龄儿童先天性髋关节脱位的新术式,为解决大龄儿童先天性髋关节脱位、头臼不称、即股骨头大、髋臼小,用其他术式无法覆盖包容股骨头的问题.方法：骨盆内移截骨加植骨造盖及粗隆下短缩旋转截骨术治疗头臼不称的大龄儿童先天性髋关节脱位.结果：本组15例,据周永德评定标准,除有2例髋关节屈曲活动受限、1例轻度股骨头坏死外,其余均为优良,无一例半脱位及全脱位.结论：大龄先天性髋关节脱位的头臼不称、头大臼小、真假臼相连者可以推广应用骨盆内移加植骨造盖术,其优点在于单纯骨盆内移术所不能解决的真臼边缘与近端不能很好衔接的问题.     

小型双足机器人直行步态的并行规划策略研究

根据人体结构设计了小型舵机驱动双足机器人,采用D-H方法建立其位姿数学模型,利用5次多项式插值的方法规划出踝关节和髋关节的位置-时间函数,对髋关节踝关节轨迹进行代数解析得到每个关节的转角-时间函数.提出双足机器人直行步态并行规划策略,即将关节转角-时间函数分别导入ADAMS虚拟样机和实际物理样机,虚拟样机和物理样机同时测试规划的步态数据.通过实验验证,并行规划策略可以并行比较运动仿真直行步态和物理样机直线行走状态.     

协助站起机器人的数据采集及协助力分析

对协助站起机器人的数据采集及协助策略进行了研究.采用基于单目视觉的站起动作无标志测量方法,用单摄像头取代需佩戴在用户身上的传感器或标记,获取站起动作过程中的人体关节点坐标及角度变化,为关节转矩计算提供输入数据.对减轻关节负担协助策略中的协助力进行了合理改进,同时考虑站起过程中关节转矩变化特点,建立了模糊系统.该系统以大腿与水平方向夹角作为输入,以便区分站起动作的完成程度,以两种协助站起策略在整个站起过程中的权重为输出,用以帮助用户在整个站起过程中减轻关节负担并保持身体稳定.     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

髋关节翻修术临床研究进展

髋关节翻修术是指通过重新植入能够牢固固定的新假体并且恢复关节的解剖形态，从而缓解全髋关节置换术失败而致的疼痛，改善关节功能．但翻修术技术复杂，对手术技巧和临床经验要求较高，对适应证的选择、骨缺损的程度、移植骨及假体的选择和固定的了解是必要的．本文总结了近年来全髋关节翻修术中假体的选择和固定及骨缺损的修复重建的相关研究进展．     

新型多段式股骨植入体周围骨应力分布的三维有限元分析

应用于植入性下肢假肢的骨植入体多为一段式结构，长期使用下产生的应力屏蔽效应容易引起骨质疏松，继而导致植入体植入失败．设计了一种新型的多段式结构的植入体，并基于人体CT扫描数据建立了相关股骨残肢骨和骨内植入体模型，在步行最大生理载荷情况下，采用三维有限元分析方法，对新设计周围的骨应力进行了分析研究．结果表明相比于一段式植入体，新型植入体植入后应力屏蔽和应力集中的程度得到了有效减轻，且与自然骨的应力较为接近，而且还能保持其在体内的稳定性，是比较理想的新型植入体设计。     

基于柔性关节的下肢康复机器人设计与分析

结合国内外现有的下肢康复产品及研究成果,研制了具有柔性关节的坐/卧式下肢康复机器人,采用摄像分析法进行步态分析,并对下肢康复机器人进行了动力学建模、分析及仿真.研究表明,下肢康复机器人对脑卒中患者的康复训练、脊髓损伤和截瘫、骨折患者的重新行走均能起到辅助作用,实现患者恒力恒速运动.      

全髋关节置换术在髋部疾患中的应用

目的分析手术治疗髋关节病变病例,探讨人工全髋关节置换在该病种中的术中要点、术后功能恢复及对策。方法回顾分析78例行工全髋关节置换患者(79髋),随机分为对照组和观察组,所用患者均在真臼处重建髋臼,髋臼覆盖不全(70%)进行结构植骨,股骨短缩(4cm),需截骨延长,并比较分析Harris评分,对手术前后髋关节的功能进行评价。结果通过Harsis评分与术前相比观察组(85.94±7.60)分,对照组与术前相比(89.32±7.11),术后髋关节功能明显改善,两组比较,差异无统计学意义。结论全髋关节置换术能够改善髋部疾患患者术后功能,缩短手术时间,减少术后并发症,值得推广。     

小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.     

电力系统智能控制爬行机器人研究与设计

机器人需要能够感知外界环境,通过处理感知信息来控制其肢体。为了实现机器人在未知环境里,智能地工作,该设计以PLC为中心,设计爬行机器人如何采集周围信息,并规划和实现其行走。以机器人构架作为机器人最基本的结构,其包含驱动控制系统;再设计信息采集系统,用于采集机器人周围环境的信息;最后设计以PLC为核心的机器人控制系统,实现机器人能通过PLC的输入口,手动控制爬行机器人,也能让机器人自动感知外界环境,对感知信号进行判断后控制机器人行走。     

加压型假肢骨内植入体的设计及其生物力学研究

提出了一种加压型假肢骨内植入体的设计,并对该植入体的生物力学特性进行评价.借鉴预加压固定技术,设计并制造出加压型假肢骨内植入体模型.运用应变电测量技术和原理,比较研究加压型骨内植入体与传统螺纹型骨内植入体对周围骨组织应力遮挡程度的差异.结果:加压型骨内植入体的应力分布与正常状态接近,而两种植入体间除远离假体的L4、M4点外,其余各测量点均有显著性差异(P＜0.01).结论:加压型假肢骨内植入体较传统骨内植入体具有更优良的生物力学特性,能有效地减少甚至避免应力遮挡效应的发生.     

具有钛框架增强结构人工骨的降解规律

为了解决磷酸钙骨水泥(CPC)复合骨形态发生蛋白(BMP)植入体强度低的缺陷,提出了一种钛框架-CPC-BMP复合结构的人工骨,并通过长达半年的动物实验及后续分析研究其降解规律,得出了这种植入体降解的动力学模型.研究表明,CPC在植入动物体内后,其孔隙率按对数规律递增,靠近植入体表面的孔隙率明显低于其内部的孔隙率,植入体与骨接壤的端部界面因大块降解而呈现出中凸状的推进曲线,钛框架上小孔处的孔隙率明显高于无孔处的孔隙率.钛框架能有效提高植入体的整体强度,同时对CPC的整体降解速度没有明显影响,因此该复合植入体在大段骨修复中具有很高的临床应用价值.这些结论也为设计钛框架的形状提供了实验依据.     

钛合金经皮植入式假肢骨内固定植入体表面经生物陶瓷改性后与骨整合的研究

通过对钛合金经皮植入式假肢的的骨内固定植入体表面进行生物陶瓷改性,以研究经改性过的植入体与其宿主骨整合的能力.采用羟基磷灰石喷涂和微弧氧化两种生物陶瓷改性工艺,对骨内固定植入体进行改性处理,将改性过的植入体植入山羊后腿胫骨,术后8周取标本行组织学观察,见两种生物陶瓷改性的植入体均可与宿主骨形成严密整合.计算宿主骨组织与植入体整合率,发现经生物陶瓷表面改性的植入体与宿主骨组织整合率显著高于未经生物改性的对照组植入体(p＜0.01),而羟基磷灰石喷涂组和微弧氧化组与宿主骨整合率的差别无统计学意义(p＞0.05),说明羟基磷灰石和微弧氧化两种陶瓷层都具有很强的诱导骨生成能力,经其表面改性的骨内固定植入体能与宿主骨形成紧密整合.     

机器人在理疗、捕鱼中 的新用途

最近,日本正在研制一种机器人,它可以为那些需要活动肌肉或关节的康复病人提供适当的练习,完成康复治疗。这种机器人可用来帮助练习肩膀、手、膝盖、肘、股和腿的活动,而病人则仍然保持在水平姿势。机器人的负载转矩可以在很大范围内变化,这样,体力虚弱的病人就能根据自己的需要完成等张练习。     

基于动捕系统的机器人步态规划与实验研究

目的 针对机器人行走时髋关节高度与人体髋关节变化规律不相符的现象,提出一种模仿人类步行的步态规划方法,以增强机器人运动的拟人性,减少能耗损失,增强行走稳定性.方法 将动捕系统采集的人体步行数据进行递推平均滤波和savgol_filter函数预处理后得到人体步行样本;对人体步行样本进行几何缩放后生成机器人步行样本,从中提...     

空间多关节六足步行机器人机构的轻便性分析

本文讨论了空间多关节六足步行机器人轻便性的评价指标.分析了步行机器人横向行走和纵向行走,驱动力矩按能量最优分配时,步行机腿上第一关节轴线的方向对步行机轻便性的影响.     

基于Rulkov神经元模型的四足机器人适应性行走控制

为了改善足式机器人的适应性行走能力,提出仿生控制和智能优化算法相结合的控制策略.利用Rulkov神经元模型对生物中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)进行机理建模;设计了基于CPG模型的单关节和多关节耦合的网络拓扑结构,并利用多目标遗传算法优化CPG单元间的耦合系数矩阵,使得CPG网络的输出信号可以控制机器人关节按照一定的时序发生动作;设计机器人信息融合反馈系统并提出坡面适应性行走控制策略,并以四足机器人GhostDog作为实验对象,在Webots仿真平台上做实验验证.结果表明,所提出的行走控制策略可以控制机器人自主完成模式切换,具有一定的环境适应性.     

神经元模型的四足机器人适应性行走控制

为了改善足式机器人的适应性行走能力,提出仿生控制和智能优化算法相结合的控制策略.利用Rulkov神经元模型对生物中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)进行机理建模;设计了基于CPG模型的单关节和多关节耦合的网络拓扑结构,并利用多目标遗传算法优化CPG单元间的耦合系数矩阵,使得CPG网络的输出信号可以控制机器人关节按照一定的时序发生动作;设计机器人信息融合反馈系统并提出坡面适应性行走控制策略,并以四足机器人GhostDog作为实验对象,在Webots仿真平台上做实验验证.结果表明,所提出的行走控制策略可以控制机器人自主完成模式切换,具有一定的环境适应性.