具有多种康复策略的外骨骼式康复机器人控制系统设计
发布时间：2021-04-05 19:07
人体上肢具备强大的取物能力和复杂的协调能力,在日常生活中有不可或缺的作用。由脑卒中引起的上肢运动功能障碍极大地损害了人体上肢正常功能,严重影响患者正常生活。随着脑卒中患病人数逐年上升,传统上肢康复治疗方案无法保证康复的高效性和持续性,上肢康复机器人为上肢康复提供了新的方法和思路。本文围绕一款外骨骼式康复机器人展开,针对其控制系统进行设计研究,主要工作如下:（1）确定康复机器人总体方案:基于人体上肢关节运动学分析设计康复机器人机械结构,根据康复机器人性能需求选型搭建硬件控制平台,按照现代软件工程学要求设计研发控制软件。（2）基于人体感觉模型提出人体上肢内部坐标和外部坐标,根据人体上肢自然运动数据,使用多输出支持向量回归建立内外坐标协调关系,进一步提出符合人体上肢运动规律的康复机器人运动学逆解算法。（3）根据所得逆解算法,结合上肢康复训练医学理论和临床方案,提出患者被动、患者主动、ADL三种康复训练策略。（4）设计多种实验方案对所得康复机器人总体可用性与稳定性、运动学逆解准确性与实时性以及三种康复策略实用性进行分析评价,证明了康复机器人的设计研发满足临床康复医学需求。本文所做研究工作在康复...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一款典型外骨骼式上肢康复机器人
图 1.4 第一台上肢康复机器人 MIT-MANUS2000 年，Lum 联合斯坦福大学，经过一系列临床实验和改进之后，最终基于PUMA-560 六自由度工业机器人研制了上肢康复机器人 MIME（Mirror-ImageMotioEnabler）[37]。MIME 在前臂处配置了六维力传感器，用于识别人体上肢运动意图。并且配置了力矩传感器、机械限位开关等用于保证装置的安全性。在更加优良的硬件支持下，MIME 具备了多达四种康复模式，并且对两侧患肢都能够进行康复训练。另外，MIME 末端执行器能够在三维空间中运动，相比于 MIT-NAMUS，MIME 在上肢康复治疗上具备了更好的性能和更全面的功能。一系列实验也证明，MIME 能够对患者上肢运动功能起到一定的恢复作用[38]。但是 MIME 仍是一款基于末端导引原理的康复机器人，没有机构能够与人体上肢节段相匹配，所以在使用时无法完全控制患者上肢的姿态[36]。
图 1.4 第一台上肢康复机器人 MIT-MANUS2000 年，Lum 联合斯坦福大学，经过一系列临床实验和改进之后，最终基于PUMA-560 六自由度工业机器人研制了上肢康复机器人 MIME（Mirror-ImageMotioEnabler）[37]。MIME 在前臂处配置了六维力传感器，用于识别人体上肢运动意图。并且配置了力矩传感器、机械限位开关等用于保证装置的安全性。在更加优良的硬件支持下，MIME 具备了多达四种康复模式，并且对两侧患肢都能够进行康复训练。另外，MIME 末端执行器能够在三维空间中运动，相比于 MIT-NAMUS，MIME 在上肢康复治疗上具备了更好的性能和更全面的功能。一系列实验也证明，MIME 能够对患者上肢运动功能起到一定的恢复作用[38]。但是 MIME 仍是一款基于末端导引原理的康复机器人，没有机构能够与人体上肢节段相匹配，所以在使用时无法完全控制患者上肢的姿态[36]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国脑卒中防治仍面临巨大挑战——《中国脑卒中防治报告2018》概要[J]. 王陇德,刘建民,杨弋,彭斌,王伊龙. 中国循环杂志. 2019(02)
[2]脑卒中患者康复护理现状与展望[J]. 金奕,徐旭东. 中国护理管理. 2018(06)
[3]康复机器人概述[J]. 周媛,王宁华. 中国康复医学杂志. 2015(04)
[4]龙门式上肢偏瘫康复训练机器人[J]. 张宇,孙容磊,王晓红. 机械设计与制造. 2014(07)
[5]上肢康复机器人研究现状的分析[J]. 杨启志,曹电锋,赵金海. 机器人. 2013(05)
[6]支持向量机理论与算法研究综述[J]. 丁世飞,齐丙娟,谭红艳. 电子科技大学学报. 2011(01)
[7]SVM用于文本分类的适用性[J]. 刘晓亮,丁世飞,朱红,张力文. 计算机工程与科学. 2010(06)
[8]基于支持向量机的人脸识别方法[J]. 谢赛琴,沈福明,邱雪娜. 计算机工程. 2009(16)
[9]上肢康复机器人发展现状的分析与研究[J]. 李庆玲,孙立宁,杜志江. 机械设计. 2008(09)
[10]周围神经损伤后神经系统的可塑性[J]. 马南,路来金,张敬莹,张志新. 中国临床康复. 2006(22)
博士论文
[1]人体上肢运动学分析与类人肢体设计及运动规划[D]. 陈文斌.华中科技大学 2012
[2]基于sEMG信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究[D]. 李庆玲.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]上肢外骨骼康复机器人的控制系统与软件设计[D]. 程小为.华中科技大学 2017
[2]复现人体上肢运动协同特性的外骨骼康复机器人设计[D]. 王婷.华中科技大学 2016
[3]下肢外骨骼康复机器人控制系统设计与研究[D]. 麻天照.电子科技大学 2015
[4]肘关节康复训练装置的研究[D]. 杨明.华中科技大学 2008
本文编号：3119937
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一款典型外骨骼式上肢康复机器人
图 1.4 第一台上肢康复机器人 MIT-MANUS2000 年，Lum 联合斯坦福大学，经过一系列临床实验和改进之后，最终基于PUMA-560 六自由度工业机器人研制了上肢康复机器人 MIME（Mirror-ImageMotioEnabler）[37]。MIME 在前臂处配置了六维力传感器，用于识别人体上肢运动意图。并且配置了力矩传感器、机械限位开关等用于保证装置的安全性。在更加优良的硬件支持下，MIME 具备了多达四种康复模式，并且对两侧患肢都能够进行康复训练。另外，MIME 末端执行器能够在三维空间中运动，相比于 MIT-NAMUS，MIME 在上肢康复治疗上具备了更好的性能和更全面的功能。一系列实验也证明，MIME 能够对患者上肢运动功能起到一定的恢复作用[38]。但是 MIME 仍是一款基于末端导引原理的康复机器人，没有机构能够与人体上肢节段相匹配，所以在使用时无法完全控制患者上肢的姿态[36]。
图 1.4 第一台上肢康复机器人 MIT-MANUS2000 年，Lum 联合斯坦福大学，经过一系列临床实验和改进之后，最终基于PUMA-560 六自由度工业机器人研制了上肢康复机器人 MIME（Mirror-ImageMotioEnabler）[37]。MIME 在前臂处配置了六维力传感器，用于识别人体上肢运动意图。并且配置了力矩传感器、机械限位开关等用于保证装置的安全性。在更加优良的硬件支持下，MIME 具备了多达四种康复模式，并且对两侧患肢都能够进行康复训练。另外，MIME 末端执行器能够在三维空间中运动，相比于 MIT-NAMUS，MIME 在上肢康复治疗上具备了更好的性能和更全面的功能。一系列实验也证明，MIME 能够对患者上肢运动功能起到一定的恢复作用[38]。但是 MIME 仍是一款基于末端导引原理的康复机器人，没有机构能够与人体上肢节段相匹配，所以在使用时无法完全控制患者上肢的姿态[36]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国脑卒中防治仍面临巨大挑战——《中国脑卒中防治报告2018》概要[J]. 王陇德,刘建民,杨弋,彭斌,王伊龙. 中国循环杂志. 2019(02)
[2]脑卒中患者康复护理现状与展望[J]. 金奕,徐旭东. 中国护理管理. 2018(06)
[3]康复机器人概述[J]. 周媛,王宁华. 中国康复医学杂志. 2015(04)
[4]龙门式上肢偏瘫康复训练机器人[J]. 张宇,孙容磊,王晓红. 机械设计与制造. 2014(07)
[5]上肢康复机器人研究现状的分析[J]. 杨启志,曹电锋,赵金海. 机器人. 2013(05)
[6]支持向量机理论与算法研究综述[J]. 丁世飞,齐丙娟,谭红艳. 电子科技大学学报. 2011(01)
[7]SVM用于文本分类的适用性[J]. 刘晓亮,丁世飞,朱红,张力文. 计算机工程与科学. 2010(06)
[8]基于支持向量机的人脸识别方法[J]. 谢赛琴,沈福明,邱雪娜. 计算机工程. 2009(16)
[9]上肢康复机器人发展现状的分析与研究[J]. 李庆玲,孙立宁,杜志江. 机械设计. 2008(09)
[10]周围神经损伤后神经系统的可塑性[J]. 马南,路来金,张敬莹,张志新. 中国临床康复. 2006(22)
博士论文
[1]人体上肢运动学分析与类人肢体设计及运动规划[D]. 陈文斌.华中科技大学 2012
[2]基于sEMG信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究[D]. 李庆玲.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]上肢外骨骼康复机器人的控制系统与软件设计[D]. 程小为.华中科技大学 2017
[2]复现人体上肢运动协同特性的外骨骼康复机器人设计[D]. 王婷.华中科技大学 2016
[3]下肢外骨骼康复机器人控制系统设计与研究[D]. 麻天照.电子科技大学 2015
[4]肘关节康复训练装置的研究[D]. 杨明.华中科技大学 2008
本文编号：3119937
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