基于肌电信号控制的下肢外骨骼康复机器人的研究
发布时间：2021-07-03 02:01
当前社会中,人类因衰老或事故等原因,下肢运动障碍患者日益增多,针对该类患者的下肢外骨骼康复机器人已成为机器人领域的研究热点。针对下肢外骨骼康复机器人的机械结构设计、外骨骼动力学模型、人体-外骨骼动力学模型、人体运动意图解码和控制系统等方面展开研究,研究内容如下:在深入研究人体下肢生理学结构基础上,针对主动运动的关节,选用直流无刷电机搭配谐波减速器的驱动方案,开发了一种结构紧凑、维修和更换方便的模块化关节,确定了外骨骼机器人的整体结构,并在Creo中建立了虚拟样机。利用Denavit-Hartenberg参数法构了建外骨骼机器人矢状面的运动学模型。利用Lagrange法建立外骨骼机器人本体的动力学模型,结合Matlab/Simulink软件完成仿真,探究了外骨骼机器人在一个步态周期内,完成期望轨迹髋和膝两个关节的力矩变化规律。建立了人体-外骨骼系统的整体动力学模型,提出了一种可以快速获取人体关节肌肉力矩的方法。基于表面肌电信号的产生原理和特点,在Matlab/Simulink中构建表面肌电信号的信号处理系统,通过对基于信号特征值和肌肉激活度的运动意图解码进行研究,发现积分肌电值和均方根值...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上海交通大学研制的下肢康复外骨骼Fig.4LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyShanghaiJiaotongUniversity
华北理工大学硕士学位论文-6-以模糊神经网络为核心算法，结合人体下肢的生物力学模型，实现了基于人体表面肌电信号获取人体运动意图信息，并以该运动意图信息作为控制输入的外骨骼机器人系统[19]。该外骨骼机器人系统已选取合适的患者进行人机试验，其中三名患者经过康复训练后，已经有两名患者可以独立行走。图4上海交通大学研制的下肢康复外骨骼Fig.4LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyShanghaiJiaotongUniversity2）电子科技大学电子科技大学设计了一款主要以行走助力为目标的下肢外骨骼机器人，如图5所示，此系统主要由四个主动运动的关节、智能鞋以及辅助支撑的拐杖机构组成。其在工作过程中，是通过布置在关节以及脚底的传感器获取信息，然后结合控制系统判断意图并驱动下肢外骨骼运动。此装置可辅助患者完成站立和行走等大多数日常活动，其外骨骼系统整体质量只有20公斤左右，可以承受的患者质量大概为50公斤，整机系统由可续航两小时的锂电池提供动力[20]。图5电子科技大学研制的下肢康复外骨骼Fig.5LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyUniversityofElectronicScienceandTechnology
第2章下肢外骨骼康复机器人机械结构设计-11-第2章下肢外骨骼康复机器人机械结构设计下肢外骨骼康复机器人的使用对象是一类具有下肢运动障碍的人群，机器人直接作用于人体，因此，机器人的结构设计需要遵循拟人化的思想，因此，首先应充分了解人体下肢的生理学特点，包括下肢的骨骼系统和肌肉系统，然后根据人体下肢的结构特点，确定外骨骼机器人的整体尺寸分布，并选择合适的驱动与传动方式，最后配置所需的传感器，完成机器人机械部分设计。2.1人体下肢生理学基础在介绍人体下肢骨骼与肌肉系统之前，为便于描述，首先简单介绍一下临床医学中常用的人体参考系，如图7所示。图7人体参考系Fig.7Humanreferencesystem2.1.1人体下肢骨骼系统及自由度分布人体下肢骨骼系统主要由支撑人体体重的盆骨、股骨、胫骨和腓骨等几大骨头组成，各骨骼、关节整体结构及其自由度分布如图8所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用步态康复机器人对正常人步态的研究[J]. 丁敏,吴庆文,王莹,孙红燕,滑卉坤,杜艳华. 临床荟萃. 2013(02)
[2]智能运动反馈训练系统在脑卒中偏瘫患者手功能及日常生活活动能力训练中的应用[J]. 吴奇勇,聂金莺. 中国康复医学杂志. 2012(02)
[3]人体下肢外骨骼机器人的发展及关键技术分析[J]. 柯显信,陈玉亮,唐文彬. 机器人技术与应用. 2009(06)
[4]康复机器人系统结构及控制技术[J]. 徐国政,宋爱国,李会军. 中国组织工程研究与临床康复. 2009(04)
[5]模块化重构机器人技术的现状与发展综述[J]. 王兵,蒋蓁. 机电工程. 2008(05)
[6]髋关节的生物力学[J]. 胡侦明,罗先正. 中华骨科杂志. 2006(07)
[7]气压传动系统CAD研究[J]. 熊伟,包钢,王祖温. 机械工程学报. 2001(06)
博士论文
[1]基于sEMG与交互力等多源信号融合的下肢外骨骼康复机器人及其临床实验研究[D]. 范渊杰.上海交通大学 2014
[2]基于表面肌电信号的人体动作识别与交互[D]. 张旭.中国科学技术大学 2010
[3]人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大学 2010
[4]可重构模块化机器人系统关键技术研究[D]. 王卫忠.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于表面肌电信号的腰椎功能特性的定量研究[D]. 周芳.南昌航空大学 2017
[2]基于ICA算法的肌肉肌腱单元定位和肌力预测研究[D]. 王少平.中国科学技术大学 2017
[3]基于肌电的机械手控制方法研究[D]. 任立新.燕山大学 2017
[4]下肢外骨骼机器人的建模和控制策略研究[D]. 章心忆.南京理工大学 2017
[5]基于串联弹性驱动器的外骨骼型下肢康复机器人的研究[D]. 汤桂泉.福州大学 2016
[6]康复运动中表面肌电信号分析方法研究[D]. 马静云.燕山大学 2015
[7]基于表面肌电信号的下肢肌力预测研究[D]. 邹琳.武汉理工大学 2015
[8]下肢外骨骼机器人系统建模与仿真实验研究[D]. 崔谨想.哈尔滨工业大学 2014
[9]下肢康复机器人的控制系统研究与设计[D]. 马艳姣.电子科技大学 2013
[10]人体上肢表面肌电信号采集与处理的研究[D]. 班帅.东北大学 2012
本文编号：3261635
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上海交通大学研制的下肢康复外骨骼Fig.4LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyShanghaiJiaotongUniversity
华北理工大学硕士学位论文-6-以模糊神经网络为核心算法，结合人体下肢的生物力学模型，实现了基于人体表面肌电信号获取人体运动意图信息，并以该运动意图信息作为控制输入的外骨骼机器人系统[19]。该外骨骼机器人系统已选取合适的患者进行人机试验，其中三名患者经过康复训练后，已经有两名患者可以独立行走。图4上海交通大学研制的下肢康复外骨骼Fig.4LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyShanghaiJiaotongUniversity2）电子科技大学电子科技大学设计了一款主要以行走助力为目标的下肢外骨骼机器人，如图5所示，此系统主要由四个主动运动的关节、智能鞋以及辅助支撑的拐杖机构组成。其在工作过程中，是通过布置在关节以及脚底的传感器获取信息，然后结合控制系统判断意图并驱动下肢外骨骼运动。此装置可辅助患者完成站立和行走等大多数日常活动，其外骨骼系统整体质量只有20公斤左右，可以承受的患者质量大概为50公斤，整机系统由可续航两小时的锂电池提供动力[20]。图5电子科技大学研制的下肢康复外骨骼Fig.5LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyUniversityofElectronicScienceandTechnology
第2章下肢外骨骼康复机器人机械结构设计-11-第2章下肢外骨骼康复机器人机械结构设计下肢外骨骼康复机器人的使用对象是一类具有下肢运动障碍的人群，机器人直接作用于人体，因此，机器人的结构设计需要遵循拟人化的思想，因此，首先应充分了解人体下肢的生理学特点，包括下肢的骨骼系统和肌肉系统，然后根据人体下肢的结构特点，确定外骨骼机器人的整体尺寸分布，并选择合适的驱动与传动方式，最后配置所需的传感器，完成机器人机械部分设计。2.1人体下肢生理学基础在介绍人体下肢骨骼与肌肉系统之前，为便于描述，首先简单介绍一下临床医学中常用的人体参考系，如图7所示。图7人体参考系Fig.7Humanreferencesystem2.1.1人体下肢骨骼系统及自由度分布人体下肢骨骼系统主要由支撑人体体重的盆骨、股骨、胫骨和腓骨等几大骨头组成，各骨骼、关节整体结构及其自由度分布如图8所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用步态康复机器人对正常人步态的研究[J]. 丁敏,吴庆文,王莹,孙红燕,滑卉坤,杜艳华. 临床荟萃. 2013(02)
[2]智能运动反馈训练系统在脑卒中偏瘫患者手功能及日常生活活动能力训练中的应用[J]. 吴奇勇,聂金莺. 中国康复医学杂志. 2012(02)
[3]人体下肢外骨骼机器人的发展及关键技术分析[J]. 柯显信,陈玉亮,唐文彬. 机器人技术与应用. 2009(06)
[4]康复机器人系统结构及控制技术[J]. 徐国政,宋爱国,李会军. 中国组织工程研究与临床康复. 2009(04)
[5]模块化重构机器人技术的现状与发展综述[J]. 王兵,蒋蓁. 机电工程. 2008(05)
[6]髋关节的生物力学[J]. 胡侦明,罗先正. 中华骨科杂志. 2006(07)
[7]气压传动系统CAD研究[J]. 熊伟,包钢,王祖温. 机械工程学报. 2001(06)
博士论文
[1]基于sEMG与交互力等多源信号融合的下肢外骨骼康复机器人及其临床实验研究[D]. 范渊杰.上海交通大学 2014
[2]基于表面肌电信号的人体动作识别与交互[D]. 张旭.中国科学技术大学 2010
[3]人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大学 2010
[4]可重构模块化机器人系统关键技术研究[D]. 王卫忠.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于表面肌电信号的腰椎功能特性的定量研究[D]. 周芳.南昌航空大学 2017
[2]基于ICA算法的肌肉肌腱单元定位和肌力预测研究[D]. 王少平.中国科学技术大学 2017
[3]基于肌电的机械手控制方法研究[D]. 任立新.燕山大学 2017
[4]下肢外骨骼机器人的建模和控制策略研究[D]. 章心忆.南京理工大学 2017
[5]基于串联弹性驱动器的外骨骼型下肢康复机器人的研究[D]. 汤桂泉.福州大学 2016
[6]康复运动中表面肌电信号分析方法研究[D]. 马静云.燕山大学 2015
[7]基于表面肌电信号的下肢肌力预测研究[D]. 邹琳.武汉理工大学 2015
[8]下肢外骨骼机器人系统建模与仿真实验研究[D]. 崔谨想.哈尔滨工业大学 2014
[9]下肢康复机器人的控制系统研究与设计[D]. 马艳姣.电子科技大学 2013
[10]人体上肢表面肌电信号采集与处理的研究[D]. 班帅.东北大学 2012
本文编号：3261635
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3261635.html
