基于运动学习的对称型下肢康复训练器研究

发布时间：2017-03-20 20:03

  本文关键词：基于运动学习的对称型下肢康复训练器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国残疾人口基数较大,并且仍在增长,其中下肢残疾患者占比较高。如何使这些人早日康复,重新回归到正常生活中来,一直是我们需要解决的问题。人体下肢在结构和功能上的对称性,使得通过对称型下肢训练器对患者进行康复训练成为可能。人体肌肉活动所产生的表面肌电信号反映了人体运动的特性,根据人体下肢肌电信号进行康复训练器控制是进行对称型下肢训练器控制系统设计的重要方法。本文根据人体结构和运动的对称性特征,进行了基于肌电特征值阈值控制的对称型下肢康复训练器研究。研究内容包括:肌电信号的采集与特征值提取;下肢康复训练器机构设计;基于肌电信号特征值的康复评价指标的有效性证明;基于肌电信号的下肢康复训练器的控制方法设计。首先,在了解康复机器人发展现状的情况下,介绍了人体下肢生理学基础和运动特征,阐述了肌电信号的产生机理和信号特点;设计了基于LABVIEW的肌电信号采集系统,并通过对采集的信号进行滤波、放大、转换等预处理,提取了肌电积分值、均方根、平均功率频率等3个特征值;以3个特征值为输入量,设计了基于支持向量机的下肢动作识别模式,取得了可信的识别结果。其次,基于人体下肢结构和功能的对称性,在充分考虑安全性和实用性基础上,设计了对称型下肢康复训练器的整体方案,利用SolidWorks对康复训练器进行了机构设计、3D建模、关键核心部件校核和选型;根据设计方案,建立了训练器的数学模型,并对机构进行了运动学分析。最后,基于表面肌电信号的特征值,研究了肌电信号与Holden评价阶段的对应关系,揭示了特征值与康复过程的内在关系。研究表明,肌电特征值能够反映不同的康复状态,可以作为康复指标,用于康复评价。设计了基于表面肌电信号阈值控制的训练器控制方式,该控制方式通过比较特征值与预设响应阈值和复位阈值的关系进行训练器控制。当特征值小于响应阈值时,系统静止;当特征值处于预设响应阈值和复位阈值之间时,系统正向运动;当特征值大于预设复位阈值时,系统反向运动;从而实现了对训练器运动关节的控制。
【关键词】：下肢 对称性 肌电信号 康复训练器
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R496;TP242.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外下肢康复机器人的研究现状11-16
• 1.3 本文主要的研究内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 2 下肢生理学基础与肌电信号特征值提取18-33
• 2.1 人体解剖学术语及定义18-21
• 2.1.1 概述18-19
• 2.1.2 下肢骨骼解剖结构与功能19
• 2.1.3 下肢肌肉解剖结构与功能19-20
• 2.1.4 人体下肢基本参数20-21
• 2.2 人体行走步态分析21-23
• 2.2.1 人体步态周期分析21-22
• 2.2.2 人体跨步分析22-23
• 2.3 下肢表面肌电信号的获取与识别23-26
• 2.3.1 表面肌电信号的产生机理23-24
• 2.3.2 表面肌电信号的获取24
• 2.3.3 基于LABVIEW的肌电采集系统24-26
• 2.4 表面肌电信号预处理与特征提取26-30
• 2.4.1 表面肌电信号的分析方法26-30
• 2.4.2 表面肌电信号的运动模式识别方法30
• 2.5 基于支持向量机(SVM)的步态识别30-32
• 2.5.1 支持向量机30-31
• 2.5.2 步态识别31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 对称型下肢康复训练器机构设计33-46
• 3.1 下肢康复训练器机构设计要求33-34
• 3.2 下肢康复训练器结构设计34-38
• 3.2.1 机械系统功能实现34-35
• 3.2.2 对称性机械结构设计35
• 3.2.3 驱动制动一体化器件的选型35-38
• 3.3 下肢康复训练器运动学分析38-43
• 3.3.1 运动学模型建立38-41
• 3.3.2 下肢康复训练器运动学正解41-42
• 3.3.3 下肢康复训练器运动学逆解42-43
• 3.4 运动学仿真43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 基于肌电信号特征值的康复评定指标46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 下肢康复评定手段46-47
• 4.3 表面肌电信号在下肢康复评定实验研究47-52
• 4.3.1 肌电信号测试系统48-49
• 4.3.2 基于肌电信号的康复评定实验49-51
• 4.3.3 实验数据分析51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 基于表面肌电的下肢康复训练器控制方法研究53-60
• 5.1 基于肌电信号的控制方法53-54
• 5.2 基于响应阈值和复位阈值的控制54-55
• 5.3 阈值控制实验验证55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 总结与展望60-62
• 总结60
• 展望60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 个人简历66

【参考文献】

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本文编号：258345