上肢神经康复外骨骼机器人控制策略研究

发布时间：2020-02-22 05:16

【摘要】：脑卒中,俗称中风,是最为常见的神经系统疾病之一,同时也是在发达国家造成成年人运动障碍最多的疾病。脑卒中是由于大脑血管梗塞,供血不足而对大脑局部神经组织造成损伤而产生的疾病。约有三分之一的脑卒中幸存者会因此落下终生偏瘫并且急需康复治疗。本课题在深入研究人体上肢运动机理和康复医疗理论的基础上,结合机器人理论,对自主设计的上肢神经康复外骨骼康复机器人进行了深入的分析和讨论。采用旋量指数积法建立了上肢康复机器人的运动学模型,并且与D-H法的建模结果进行对比验证。利用MATLAB软件与ADAMS软件联合仿真,对所建立的运动学模型进行验证,分析了康复机器人的工作空间并且对康复机器人的机构奇异性进行了讨论。提出了具有安全性的康复训练轨迹规划算法,为康复机器人的控制奠定基础。对上肢康复机器人的动力学进行推导分析,利用MATLAB系统辨识工具箱对上肢康复机器人的动力学参数进行了离线辨识。根据上肢康复患者的康复早期阶段特点,提出了反馈线性化及滑模控制策略,并对提出的算法进行了仿真分析。由患者上肢与康复机器人接触力的特点,提出了关节空间内的阻抗控制策略,并对该算法策略的有效性加以仿真验证。
【图文】：

造成运动障碍的肢体，进行一定轨迹的康复训练。复机器人机械结构形式可以分为两类：执行器与患者进行交互的神经康复机器人；骼式神经康复机器人。互型神经康复机器人 90 年代由麻省理工学院研制的 MIT-MANUS 上肢康机器人的典型代表，也是目前最成功的商业化康复医ANUS 康复机器人采用类似于工业机器人 SCARA 的地面的两个电机驱动由两个平面关节连接的带有末端现牵引上肢运动障碍（尤其肩部及肘部）的患者进行示。运动障碍患者通过紧握连杆机构末端执行器的手引下能够完成在平面内两个自由度的康复运动训练。练过程中避免受到来自康复机器人的过大交互力，M采用了阻抗控制方法以实时控制末端执行器与患者之间

图 1-2 MIME-III 上肢助力装置 90 年代末期，随着 PUMA 机械臂在工业机器人领域的学 的 科 学 家 将 其 应 用 于 康 复 机 器 人 领 域 ， 发 明Image Motion Enabler）上肢助力装置。该装置由于以械臂为基础，相比于 MIT-MANUS，能够给上肢康复复训练运动。随后，通过不断的改进，发展到了第三 1-2 所示。该上肢康复装置能够牵引患者上肢在三维运动。通过测量和记录康复医师牵引患者一侧肢体进 能够对另一侧患肢进行准确的轨迹跟踪[20]。这也是其置”的特点所在。由于在人机进行交互时需要控制相互了分离式的末端连接器，即一旦检测到末端交互力过 MIME 机器人的连接。足上肢康复机理实验研究需要，，美国加州大学 Kahn 等e (Assisted Rehabilitation and Measurement Guide）的上置外观类似长号，如图 1-3 所示，其特点也如长号演奏
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王耀兵,季林红,王广志,黄靖远;脑神经康复机器人研究的进展与前景[J];中国康复医学杂志;2003年04期

2 王耀兵,季林红,黄靖远;一种神经康复机器人的研制[J];机械科学与技术;2005年02期

3 李庆玲;孙立宁;杜志江;;上肢康复机器人发展现状的分析与研究[J];机械设计;2008年09期

4 ;下肢康复机器人[J];中国医疗器械杂志;2012年06期

5 杨启志;曹电锋;赵金海;;上肢康复机器人研究现状的分析[J];机器人;2013年05期

6 高从军;欧洲康复机器人发展现况及前景[J];机器人技术与应用;1999年05期

7 程明,任宇鹏,高小榕,王广志,季林红,高上凯;脑电信号控制康复机器人的关键技术[J];机器人技术与应用;2003年04期

8 杜志江,孙传杰,陈艳宁;康复机器人研究现状[J];中国康复医学杂志;2003年05期

9 徐国政;宋爱国;李会军;;康复机器人系统结构及控制技术[J];中国组织工程研究与临床康复;2009年04期

10 邢科新;黄剑;徐琦;何际平;姜军庆;;手功能康复机器人的鲁棒控制研究[J];计算技术与自动化;2009年01期

相关会议论文 前10条

1 郭学军;;下肢康复机器人的临床研究与未来展望[A];2012中国康复医学会实用康复论坛暨运动康复新理念培训班资料汇编[C];2012年

2 王俊华;;康复机器人发展概况[A];中国康复医学会脑血管病专业委员会换届暨第十五次全国脑血管病康复学术年会、湖南省康复医学会神经康复专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年

3 毕胜;季林红;纪树荣;;神经康复机器人研究进展[A];第四届全国康复治疗学术大会论文摘要汇编[C];2004年

4 吴军;黄剑;王永骥;;集成运动意图辨识与虚拟现实环境的上肢康复机器人[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

5 毕胜;;康复机器人训练技术[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

6 陈勃帆;杨俊友;王硕玉;白殿春;;全方位下肢康复机器人逆运动学研究[A];第十一届沈阳科学学术年会暨中国汽车产业集聚区发展与合作论坛论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2014年

7 白跃宏;徐义明;殷跃红;;下肢外骨骼康复机器人研制[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

8 范守文;徐礼钜;;机器人工作空间分析的解析法[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年

9 万大千;徐义明;白跃宏;;下肢外骨骼康复机器人研究进展[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

10 白跃宏;徐义明;殷跃红;范渊杰;;下肢外骨骼康复机器人研制及临床应用[A];第20届中国康协肢残康复学术年会论文选集[C];2011年

相关重要报纸文章 前6条

1 记者 刘云丽 实习生 李小蕾;我市一民企原创研发的项目填补国内相关领域空白[N];安阳日报;2012年

2 杨红军　曹洪田 王婷;科技创新攀新高 华丽转身上精品[N];江苏经济报;2010年

3 记者 陈建强 通讯员 靳莹;“纯意念控制”人工神经康复机器人问世[N];光明日报;2014年

4 通讯员 靳莹 记者 冯国梧;“纯意念控制”人工神经康复机器人问世[N];科技日报;2014年

5 记者 赵晖;瘫痪人士只要一“想”就能动[N];天津日报;2014年

6 佘惠敏;期待更多的“神工一号”[N];经济日报;2014年

相关博士学位论文 前10条

1 纪雯;五自由度上肢康复机器人训练方案及评价系统的研究[D];东北大学;2014年

2 孟凡成;上肢康复机器人的增强学习控制方法研究[D];北京理工大学;2015年

3 涂细凯;基于气动肌肉外骨骼和功能性电刺激的肢体康复技术研究[D];华中科技大学;2016年

4 邢科新;手功能康复机器人系统若干关键技术研究[D];华中科技大学;2010年

5 孙洪颖;卧式下肢康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年

7 姜莹;全方位移动下肢康复机器人的运动控制方法研究[D];沈阳工业大学;2013年

8 杨勇;手臂康复机器人系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 史小华;坐/卧式下肢康复机器人研究[D];燕山大学;2014年

10 李醒;五自由度上肢康复机器人训练系统的研究[D];东北大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 郭宁;上肢神经康复外骨骼机器人控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 李齐;基于加速度计的下肢康复机器人示教训练应用研究[D];燕山大学;2015年

3 梁霞;基于并联机构的腿部康复机器人运动单元研究[D];河北联合大学;2014年

4 秦江伟;被动式上肢康复机器人虚拟现实控制系统开发[D];大连海事大学;2015年

5 褚亚奇;基于患者疼痛感的康复机器人系统控制方法研究[D];沈阳理工大学;2015年

6 宋新旺;上肢运动功能康复机器人系统的研究与开发[D];上海应用技术学院;2015年

7 张莹;上下肢协同康复机器人的研究[D];上海交通大学;2015年

8 张瑞雪;三自由度主动式上肢康复机器人结构设计与开发[D];大连海事大学;2015年

9 周海涛;下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

10 王翔宇;基于主动康复策略的手部外骨骼机器人控制与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

本文编号：2581824