基于肌电信号控制的腕关节术后康复外骨骼系统研究
发布时间：2022-01-02 07:23
腕关节术后长期固定会导致肌肉僵化和运动神经衰弱,最终致使患者运动能力下降。常规的治疗手段如二次手术、超声疗法等价格昂贵且效果不佳,相较而言,康复锻炼方法更为安全有效。而传统康复锻炼,主要以理疗师为主患者为辅,患者参与感较弱,康复效果较慢且成本高。故研究一种发挥患者主观能动性的腕康复训练机器人系统作为替代意义重大。本课题是基于表面肌电信号（surface electromyography,sEMG）控制的腕康复外骨骼系统的研究,具体内容为腕康复外骨骼结构设计,sEMG-关节角度预测算法研究,基于sEMG的外骨骼控制方法研究以及相关实验验证。针对腕关节运动特点和人体腕部解剖结构,提出外骨骼机械机构设计要求,介绍三自由度外骨骼的整体结构和传动方式;重点提出腕关节屈伸和尺桡偏运动过程中外骨骼和穿戴者关节错位的问题,并分析关节错位补偿的意义,最后详细介绍基于钢丝绳驱动的双平行关节错位补偿机构。搭建sEMG和关节角度信号的采集实验平台,并制作训练集和测试集;然后基于提取sEMG的时域特征提出三种对sEMG特征处理的方法,分别为基于Relief F算法特征选择、特征重采样和特征时差补偿,并引入相应的...
【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】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
腕关节康复训练
(a)MIT-MAUS (b)MIME (c)上海交大康复机器人图 1-1 机械臂式康复机器人针对脊髓损伤引起的偏瘫设计的腕关节康复外骨骼 RiceWrist 如图 1-2示。RiceWrist 采用四自由度串并混联结构如图 1-2(b)所示，其中 3-RPS 构能够以较大力矩驱动外骨骼腕关节屈/伸和桡偏/尺偏两个自由度，再串一个转动自由度实现前臂的内/外旋运动[19][20]。RiceWrist 相较于人体腕了一个自由度，目的是为了避免腕关节与外骨骼之间的错位。但由于采结构，该外骨骼在屈/伸运动范围远小于人的腕关节活动范围，而且为了动范围，牺牲了外骨骼机器人的紧凑型。RiceWrist 最初设计了基于 PD 法的多种控制策略，其中有关节空间下轨迹规划的位置控制，笛卡尔空迹规划的位置控制，力控制。此外该外骨骼还利用力信号作为反馈，在实交互环境中进行阻抗式、主动约束式和主动辅助式康复训练。被动式定轨迹带动腕关节运动，主动辅助式设置了一个阈值交互力，只有当康服了预定的阈值交互力才能触发外骨骼带动手腕运动，主动约束式，是带动外骨骼克服粘性力达到预定的目标。被动式和主动辅助式均采用 PD进行控制，而主动约束模式采用阻抗控制。采用 RiceWrist 临床实验中发
图 1-1 机械臂式康复机器人髓损伤引起的偏瘫设计的腕关节康复外骨骼 RiceWrist 如图Wrist 采用四自由度串并混联结构如图 1-2(b)所示，其中 3-较大力矩驱动外骨骼腕关节屈/伸和桡偏/尺偏两个自由度，自由度实现前臂的内/外旋运动[19][20]。RiceWrist 相较于人由度，目的是为了避免腕关节与外骨骼之间的错位。但由外骨骼在屈/伸运动范围远小于人的腕关节活动范围，而且牺牲了外骨骼机器人的紧凑型。RiceWrist 最初设计了基于控制策略，其中有关节空间下轨迹规划的位置控制，笛卡位置控制，力控制。此外该外骨骼还利用力信号作为反馈境中进行阻抗式、主动约束式和主动辅助式康复训练。被动腕关节运动，主动辅助式设置了一个阈值交互力，只有的阈值交互力才能触发外骨骼带动手腕运动，主动约束式骼克服粘性力达到预定的目标。被动式和主动辅助式均采，而主动约束模式采用阻抗控制。采用 RiceWrist 临床实验康复者的腕关节运动顺滑度和肌肉力量都有增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于表面肌电的运动意图识别方法研究及应用综述[J]. 丁其川,熊安斌,赵新刚,韩建达. 自动化学报. 2016(01)
[2]2自由度腕关节康复机器人的代理滑模控制方法[J]. 黄明,黄心汉,袁勇,涂细凯. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[3]基于SEA的机器人仿肌弹性驱动关节研究[J]. 何福本,梁延德,孙捷夫,郭超. 中国机械工程. 2014(07)
[4]三自由度比例控制肌电假手的设计[J]. 唐建友,罗志增. 机电工程. 2009(12)
[5]脑神经康复机器人研究的进展与前景[J]. 王耀兵,季林红,王广志,黄靖远. 中国康复医学杂志. 2003(04)
[6]中枢神经系统（CNS）损伤后功能恢复的理论（一）[J]. 缪鸿石. 中国康复理论与实践. 1995(01)
博士论文
[1]套索驱动重力平衡上肢康复外骨骼研究[D]. 吴青聪.东南大学 2016
[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]肘腕关节康复机器人研制[D]. 王晓倩.燕山大学 2015
[2]基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D]. 白杰.哈尔滨工业大学 2014
[3]手部功能康复机器人电气控制系统的设计与研究[D]. 甘增康.哈尔滨工业大学 2011
[4]基于表面肌电信号定量辨识的上肢康复机器人运动控制[D]. 孙欣.哈尔滨工业大学 2010
[5]运动康复对于肘关节骨折疗效评价的临床研究[D]. 陈晟.南昌大学 2009
[6]不同活力水平和机能状态下的sEMG信号时频特征变化[D]. 邴强.浙江大学 2001
本文编号：3563743
【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】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
腕关节康复训练
(a)MIT-MAUS (b)MIME (c)上海交大康复机器人图 1-1 机械臂式康复机器人针对脊髓损伤引起的偏瘫设计的腕关节康复外骨骼 RiceWrist 如图 1-2示。RiceWrist 采用四自由度串并混联结构如图 1-2(b)所示，其中 3-RPS 构能够以较大力矩驱动外骨骼腕关节屈/伸和桡偏/尺偏两个自由度，再串一个转动自由度实现前臂的内/外旋运动[19][20]。RiceWrist 相较于人体腕了一个自由度，目的是为了避免腕关节与外骨骼之间的错位。但由于采结构，该外骨骼在屈/伸运动范围远小于人的腕关节活动范围，而且为了动范围，牺牲了外骨骼机器人的紧凑型。RiceWrist 最初设计了基于 PD 法的多种控制策略，其中有关节空间下轨迹规划的位置控制，笛卡尔空迹规划的位置控制，力控制。此外该外骨骼还利用力信号作为反馈，在实交互环境中进行阻抗式、主动约束式和主动辅助式康复训练。被动式定轨迹带动腕关节运动，主动辅助式设置了一个阈值交互力，只有当康服了预定的阈值交互力才能触发外骨骼带动手腕运动，主动约束式，是带动外骨骼克服粘性力达到预定的目标。被动式和主动辅助式均采用 PD进行控制，而主动约束模式采用阻抗控制。采用 RiceWrist 临床实验中发
图 1-1 机械臂式康复机器人髓损伤引起的偏瘫设计的腕关节康复外骨骼 RiceWrist 如图Wrist 采用四自由度串并混联结构如图 1-2(b)所示，其中 3-较大力矩驱动外骨骼腕关节屈/伸和桡偏/尺偏两个自由度，自由度实现前臂的内/外旋运动[19][20]。RiceWrist 相较于人由度，目的是为了避免腕关节与外骨骼之间的错位。但由外骨骼在屈/伸运动范围远小于人的腕关节活动范围，而且牺牲了外骨骼机器人的紧凑型。RiceWrist 最初设计了基于控制策略，其中有关节空间下轨迹规划的位置控制，笛卡位置控制，力控制。此外该外骨骼还利用力信号作为反馈境中进行阻抗式、主动约束式和主动辅助式康复训练。被动腕关节运动，主动辅助式设置了一个阈值交互力，只有的阈值交互力才能触发外骨骼带动手腕运动，主动约束式骼克服粘性力达到预定的目标。被动式和主动辅助式均采，而主动约束模式采用阻抗控制。采用 RiceWrist 临床实验康复者的腕关节运动顺滑度和肌肉力量都有增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于表面肌电的运动意图识别方法研究及应用综述[J]. 丁其川,熊安斌,赵新刚,韩建达. 自动化学报. 2016(01)
[2]2自由度腕关节康复机器人的代理滑模控制方法[J]. 黄明,黄心汉,袁勇,涂细凯. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[3]基于SEA的机器人仿肌弹性驱动关节研究[J]. 何福本,梁延德,孙捷夫,郭超. 中国机械工程. 2014(07)
[4]三自由度比例控制肌电假手的设计[J]. 唐建友,罗志增. 机电工程. 2009(12)
[5]脑神经康复机器人研究的进展与前景[J]. 王耀兵,季林红,王广志,黄靖远. 中国康复医学杂志. 2003(04)
[6]中枢神经系统（CNS）损伤后功能恢复的理论（一）[J]. 缪鸿石. 中国康复理论与实践. 1995(01)
博士论文
[1]套索驱动重力平衡上肢康复外骨骼研究[D]. 吴青聪.东南大学 2016
[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]肘腕关节康复机器人研制[D]. 王晓倩.燕山大学 2015
[2]基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D]. 白杰.哈尔滨工业大学 2014
[3]手部功能康复机器人电气控制系统的设计与研究[D]. 甘增康.哈尔滨工业大学 2011
[4]基于表面肌电信号定量辨识的上肢康复机器人运动控制[D]. 孙欣.哈尔滨工业大学 2010
[5]运动康复对于肘关节骨折疗效评价的临床研究[D]. 陈晟.南昌大学 2009
[6]不同活力水平和机能状态下的sEMG信号时频特征变化[D]. 邴强.浙江大学 2001
本文编号：3563743
本文链接：https://www.wllwen.com/linchuangyixuelunwen/3563743.html
最近更新
教材专著
