基于sEMG变阻抗控制的肘关节康复外骨骼系统研究
发布时间：2021-07-20 12:43
肘关节的运动在日常生活中发挥了较大作用,对肘关节有运动障碍的患者进行康复训练非常关键。外骨骼康复机器人因其康复效果好、成本低廉的特点最近得到了社会的关注和认可。本课题从结构设计和康复策略出发,进行了基于肌电信号变阻抗控制的肘关节康复外骨骼的系统研究。课题研究内容主要包括肘关节外骨骼机器人的结构设计,s EMG-人体阻抗建模研究,主被动康复控制策略以及相应的仿真实验。通过人体肘关节的解剖学、生物力学和临床案例分析,明确了肘关节康复外骨骼的设计要求。考虑人机耦合状态,设计了三自由度外骨骼的结构和传动方式。其中,针对人机轴线错位问题设计了错位补偿机构,补偿了轴线错位和轴线偏斜的问题,保证外骨骼轻便易穿戴、尺寸可调且传动柔顺,完成了样机研制。完成了基于肌电信号的人体阻抗建模研究。建立上肢的参考肌肉激活模型、肌肉收缩模型和简化的肌肉骨骼模型,搭建测量s EMG信号、关节角度、力矩多源信息的实验平台,设计测量实验提取了肘关节刚度信息。通过刚度信息进行了肌肉骨骼模型的刚度趋势参数辨识,多关节角度重复实验,进行了模型校正,建立了基于肌电信号的关节刚度模型。针对肘关节的不同康复阶段,进行了肘关节康复机器...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIT-Manus上肢康复型机器人罗马尼亚的Erwin-ChristianLovasz为方便宇航员进行机械臂遥操作研制了一
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-进行牵引，完成康复训练。该机器人应用阻抗控制，末端点能够带动患肢实现平稳、柔顺的运动，同时运动过程中的速度和力信息能准确地被记录下来[16]。图1-1MIT-Manus上肢康复型机器人罗马尼亚的Erwin-ChristianLovasz为方便宇航员进行机械臂遥操作研制了一款力觉反馈肘关节外骨骼机器人，力觉肘关节外骨骼模块控制机器人的运动，并对操作者反馈触觉。如图1-2所示，肘关节模块包括安装在肘外骨骼连接板上的两个可调支架，支架固定在手臂和前臂上。外骨骼电位计获得关节角度，直流伺服电动机提供力反馈[17]。a)外骨骼模型图b)外骨骼实物图图1-2触觉反馈肘关节外骨骼机器人意大利比萨大学的NicolaVitiello研制了一款肘关节康复外骨骼NEUROExos如图1-3所示，NEUROExos主要用于中风后的上肢康复，首先，外骨骼由双层壳体组成，传动方式是绳索传动，能够为患者提供一个舒适的穿戴环境；其次，外骨骼具有一连杆机构在运动中被动匹配机器人回转中心与人体肘关节回转中心；最后，提供两种不同的被动和主动的康复方案，在被动控制模式下，患者不能自主运动，所以在康复初期机器人应该为患者提供动力，要求机器人具有较高的关节阻抗，当受试者能够控制肢体的一些动作时应用主动控制模式，此时机器人显示为零阻抗特性[18]。a)外骨骼侧面图b)外骨骼正面图图1-3肘关节康复外骨骼NEUROExos
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-进行牵引，完成康复训练。该机器人应用阻抗控制，末端点能够带动患肢实现平稳、柔顺的运动，同时运动过程中的速度和力信息能准确地被记录下来[16]。图1-1MIT-Manus上肢康复型机器人罗马尼亚的Erwin-ChristianLovasz为方便宇航员进行机械臂遥操作研制了一款力觉反馈肘关节外骨骼机器人，力觉肘关节外骨骼模块控制机器人的运动，并对操作者反馈触觉。如图1-2所示，肘关节模块包括安装在肘外骨骼连接板上的两个可调支架，支架固定在手臂和前臂上。外骨骼电位计获得关节角度，直流伺服电动机提供力反馈[17]。a)外骨骼模型图b)外骨骼实物图图1-2触觉反馈肘关节外骨骼机器人意大利比萨大学的NicolaVitiello研制了一款肘关节康复外骨骼NEUROExos如图1-3所示，NEUROExos主要用于中风后的上肢康复，首先，外骨骼由双层壳体组成，传动方式是绳索传动，能够为患者提供一个舒适的穿戴环境；其次，外骨骼具有一连杆机构在运动中被动匹配机器人回转中心与人体肘关节回转中心；最后，提供两种不同的被动和主动的康复方案，在被动控制模式下，患者不能自主运动，所以在康复初期机器人应该为患者提供动力，要求机器人具有较高的关节阻抗，当受试者能够控制肢体的一些动作时应用主动控制模式，此时机器人显示为零阻抗特性[18]。a)外骨骼侧面图b)外骨骼正面图图1-3肘关节康复外骨骼NEUROExos
【参考文献】：
期刊论文
[1]便携式外骨骼肘关节康复训练装置的设计及测试[J]. 梅钊,何龙文,吴磊,简卓. 中国康复医学杂志. 2015(11)
[2]脑卒中后上肢功能康复研究进展[J]. 何雯,王凯. 中国康复理论与实践. 2014(04)
[3]康复训练在肘关节骨折术后的应用[J]. 赵烽,张武,李甲岳,张仲子. 西部医学. 2013(08)
[4]肘关节骨折术后的康复训练[J]. 张开荣,赵烽,张仲子. 吉林医学. 2012(22)
[5]老年脑卒中患者的康复需求及影响因素分析[J]. 沈设芬,李瑛,毛云英,金白梅,王超群. 护士进修杂志. 2012(09)
[6]脑卒中的康复治疗进展[J]. 杨红专. 中外医疗. 2011(02)
[7]气动人工肌肉的发展趋势与研究现状[J]. 陶国良,谢建蔚,周洪. 机械工程学报. 2009(10)
博士论文
[1]套索传动七自由度上肢外骨骼机器人系统研究[D]. 肖飞云.合肥工业大学 2018
[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]基于sEMG的人体臂手刚度预测及仿人手变阻抗控制研究[D]. 王晨亮.哈尔滨工业大学 2018
[2]下肢康复机器人的设计及控制策略研究[D]. 李晓飞.哈尔滨工业大学 2016
[3]肘腕关节康复机器人研制[D]. 王晓倩.燕山大学 2015
本文编号：3292847
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIT-Manus上肢康复型机器人罗马尼亚的Erwin-ChristianLovasz为方便宇航员进行机械臂遥操作研制了一
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-进行牵引，完成康复训练。该机器人应用阻抗控制，末端点能够带动患肢实现平稳、柔顺的运动，同时运动过程中的速度和力信息能准确地被记录下来[16]。图1-1MIT-Manus上肢康复型机器人罗马尼亚的Erwin-ChristianLovasz为方便宇航员进行机械臂遥操作研制了一款力觉反馈肘关节外骨骼机器人，力觉肘关节外骨骼模块控制机器人的运动，并对操作者反馈触觉。如图1-2所示，肘关节模块包括安装在肘外骨骼连接板上的两个可调支架，支架固定在手臂和前臂上。外骨骼电位计获得关节角度，直流伺服电动机提供力反馈[17]。a)外骨骼模型图b)外骨骼实物图图1-2触觉反馈肘关节外骨骼机器人意大利比萨大学的NicolaVitiello研制了一款肘关节康复外骨骼NEUROExos如图1-3所示，NEUROExos主要用于中风后的上肢康复，首先，外骨骼由双层壳体组成，传动方式是绳索传动，能够为患者提供一个舒适的穿戴环境；其次，外骨骼具有一连杆机构在运动中被动匹配机器人回转中心与人体肘关节回转中心；最后，提供两种不同的被动和主动的康复方案，在被动控制模式下，患者不能自主运动，所以在康复初期机器人应该为患者提供动力，要求机器人具有较高的关节阻抗，当受试者能够控制肢体的一些动作时应用主动控制模式，此时机器人显示为零阻抗特性[18]。a)外骨骼侧面图b)外骨骼正面图图1-3肘关节康复外骨骼NEUROExos
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-进行牵引，完成康复训练。该机器人应用阻抗控制，末端点能够带动患肢实现平稳、柔顺的运动，同时运动过程中的速度和力信息能准确地被记录下来[16]。图1-1MIT-Manus上肢康复型机器人罗马尼亚的Erwin-ChristianLovasz为方便宇航员进行机械臂遥操作研制了一款力觉反馈肘关节外骨骼机器人，力觉肘关节外骨骼模块控制机器人的运动，并对操作者反馈触觉。如图1-2所示，肘关节模块包括安装在肘外骨骼连接板上的两个可调支架，支架固定在手臂和前臂上。外骨骼电位计获得关节角度，直流伺服电动机提供力反馈[17]。a)外骨骼模型图b)外骨骼实物图图1-2触觉反馈肘关节外骨骼机器人意大利比萨大学的NicolaVitiello研制了一款肘关节康复外骨骼NEUROExos如图1-3所示，NEUROExos主要用于中风后的上肢康复，首先，外骨骼由双层壳体组成，传动方式是绳索传动，能够为患者提供一个舒适的穿戴环境；其次，外骨骼具有一连杆机构在运动中被动匹配机器人回转中心与人体肘关节回转中心；最后，提供两种不同的被动和主动的康复方案，在被动控制模式下，患者不能自主运动，所以在康复初期机器人应该为患者提供动力，要求机器人具有较高的关节阻抗，当受试者能够控制肢体的一些动作时应用主动控制模式，此时机器人显示为零阻抗特性[18]。a)外骨骼侧面图b)外骨骼正面图图1-3肘关节康复外骨骼NEUROExos
【参考文献】：
期刊论文
[1]便携式外骨骼肘关节康复训练装置的设计及测试[J]. 梅钊,何龙文,吴磊,简卓. 中国康复医学杂志. 2015(11)
[2]脑卒中后上肢功能康复研究进展[J]. 何雯,王凯. 中国康复理论与实践. 2014(04)
[3]康复训练在肘关节骨折术后的应用[J]. 赵烽,张武,李甲岳,张仲子. 西部医学. 2013(08)
[4]肘关节骨折术后的康复训练[J]. 张开荣,赵烽,张仲子. 吉林医学. 2012(22)
[5]老年脑卒中患者的康复需求及影响因素分析[J]. 沈设芬,李瑛,毛云英,金白梅,王超群. 护士进修杂志. 2012(09)
[6]脑卒中的康复治疗进展[J]. 杨红专. 中外医疗. 2011(02)
[7]气动人工肌肉的发展趋势与研究现状[J]. 陶国良,谢建蔚,周洪. 机械工程学报. 2009(10)
博士论文
[1]套索传动七自由度上肢外骨骼机器人系统研究[D]. 肖飞云.合肥工业大学 2018
[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]基于sEMG的人体臂手刚度预测及仿人手变阻抗控制研究[D]. 王晨亮.哈尔滨工业大学 2018
[2]下肢康复机器人的设计及控制策略研究[D]. 李晓飞.哈尔滨工业大学 2016
[3]肘腕关节康复机器人研制[D]. 王晓倩.燕山大学 2015
本文编号：3292847
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3292847.html
