一种上下肢协调康复机器人的机构设计与分析

针对临床上缺少一种肢体协调运动康复训练设备的现状,研制了一款适用于偏瘫患者个性化训练的上下肢协调运动康复机器人。首先,建立人体下肢模型,对坐姿下肢康复运动规律进行探索;然后,基于试验规律探索确定机构执行方案与参数;最后,在样机上进行了上下肢肢体协调运动与不同规划步长训练功能试验,结果表明该机器人能够满足设计目标。     

步行康复机器人轨迹控制方法研究

为了满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了以外骨骼助行腿为核心的步行康复机器人,其重要的要求是保证机器人的运动轨迹符合患者康复训练要求。为使机器人能模拟步态为患者提供康复训练,在合理的步态规划后对轨迹的控制方法进行了研究,在控制系统软、硬件平台上完成了步行康复机器人助行腿的两种轨迹控制方式(位置控制和速度控制)。通过实验验证了控制方式的可行性,满足了患者步态训练需要。同时实验结果表明,速度控制方式比位置控制方式更加适合步行康复机器人。     

基于虚拟现实技术的三自由度上肢康复机器人的轨迹规划

为使脑卒中患者能够长期坚持康复训练,将虚拟现实技术与康复机器人相结合,建立人机交互康复训练环境。为适应处于不同患病时期的患者,设计主动模式和被动模式,针对不同模式设计不同训练环境。在主动模式下需要规划机械人手柄末端运动轨迹,为解决三自由度康复机器人机构逆运动学求解过程中的多解问题,采用在ADAMS中建立虚拟样机的方法进行正逆运动学仿真分析。仿真结果验证得到的机械末端运动轨迹与预设轨迹相同,证明机构具有良好的运动性能,为运动控制系统设计提供理论依据。     

对称五连杆下肢康复机构的设计与分析

五连杆机构作为一种特殊的运动机构,有着丰富的运动特点,结合临床康复医学理论对下肢康复机器人方案进行研究,设计了一种针对下肢偏瘫患者的双曲柄对称五连杆康复训练器,推导了五连杆的运动学解析式,通过建立数学运动模型,用Matlab进行仿真,仿真结果表明通过调整该机构两曲柄的相位差或机架的倾角来能实现输出点的运动轨迹的变化,从而达到调整髋关节和膝关节运动范围或最大值的目的,证明了此款下肢康复训练机器人可以满足不同康复阶段的患者的使用需求。     

软质肘关节外骨骼的肌力矩估计与神经网络补偿协调控制

为辅助偏瘫患者进行多模式肘关节康复训练,研制了一种软质肘关节康复外骨骼机器人,并提出了一种基于人体肌力矩估计与自适应神经网络补偿的协调控制策略。利用表面肌电信号来识别人体的运动意图并调整康复训练轨迹,采用Lyapunov方法证明了控制算法的闭环控制稳定性。搭建了实时控制实验平台,并开展了基于运动意图的轨迹跟踪实验与自由主动训练实验。实验结果表明,所提控制策略能保证被动训练过程的轨迹跟踪精度,并且可以根据患者的运动意图调整主动训练过程的运动轨迹,实现不同强度的主动康复训练。     

下颌康复机器人结构设计与仿真分析

随着颞下颌关节紊乱综合征的日益突显、口腔外创患者的日渐增多,下颌康复训练机器人的研制尤为重要。为达到不同患者在不同康复时期的训练要求,设计了一款以曲柄摇杆机构为主要执行机构的开闭口下颌康复机器人。利用CREO的运动轨迹与设计要求一致。仿真结果表明,所设计的开闭口下颌康复机器人可以满足不同患者在不同康复时期的训练要求,为下颌康复机器人的设计研究奠定了一定的基础。     

一种绳驱动并联康复机器人空间安全墙分析及回归轨迹规划方法

在步态康复训练期间,偏瘫或中风患者容易发生肌肉痉挛,从而导致不能支撑自身而失去平衡,造成二次伤害.针对上述问题,设计了一种由8根绳索驱动的6自由度并联康复机器人,不仅能对患者进行步态训练,还能对患者实施有效的防跌倒保护.首先,对机器人构型进行描述,并利用封闭矢量四边形法建立其运动学模型;其次,结合绳索驱动的特性,依据静力学分析,提出一种机器人力控工作空间的概念及其求解方法.为了避免患者失去平衡后受到二次伤害,基于力控工作空间,进一步提出了一种空间轨迹安全墙,对患者可能会出现的待保护位形进行了分类,并分别研究了其回归安全墙内的空间轨迹路径规划方法.最后,选取了两类不同的待保护位形,研究其沿回归轨迹运动时绳索长度和绳索拉力的变化情况,验证了回归安全墙轨迹规划方法的有效性和合理性.     

下肢康复训练机器人的控制系统设计

针对康复训练患者和治疗医师需求,提出一种新型下肢康复机器人,并对其进行被动式控制系统设计。使用Solidworks建立三维模型,制造样机并进行控制系统设计。建立运动学模型,并且对下肢康复机器人进行运动分析,结合CGA临床步态数据和RLA人体下肢步态,进行下肢康复机器人的运动轨迹规划。采用PID控制方法对运动轨迹进行跟踪控制,运用Simulink进行模拟仿真。设计基于位置阻抗的控制策略,使实际位置跟踪目标位置,以达到人机运动协调的目的。搭建控制系统平台,并且对样机进行周期步态速度检验和轨迹跟踪检验。     

一种带有减重系统的下肢康复机构

结合人机工程学,以人体步态轨迹为基础,设计了基于四杆机构的下肢康复机构,并辅以减重与控制系统。依据正常人体步态轨迹确定凸轮轮廓及机构杆长,以人体五十百分位尺寸确定了起坐机构始末位置。对机构进行了运动仿真,仿真结果验证了机构设计的合理性。该机构结构简单,操作方便,具有一定的推广应用价值。     

2-URS&UPS下肢康复机器人的设计与仿真

随着现代社会的自动化迅速发展,由于事故频发,加上自然灾害和身体疾病导致偏瘫患者增加,必要的康复训练在患者的康复中亦为重要。为了更好的提高康复训练的效果,达到患者不同时期的康复需求,提出一种以2-URS&UPS并联机构为机构原型的下肢康复机器人。该机构具有六自由度,可以做三维复合运动,文中采用5R机构代替虎克铰链,增大了机构的运动空间,利用SolidWorks建模与ADAMS仿真结合的方法,综合不同的康复训练要求,建立康复训练的运动轨迹并进行了模拟运动仿真。仿真结果表明,该下肢康复机器人能满足患者不同时期的康复需求,为下肢康复机器人的设计与研究奠定一定的理论基础。     

下肢康复训练机器人的运动协调仿真

随着机器人技术的发展以及人体运动参数化描述的进步,出现了一种新型机器人--康复训练机器人.而下肢康复训练机器人可以模拟正常人的行走位姿,带动下肢有运动障碍的病人进行康复训练.文中采用曲柄摇杆机构来实现人的跨步过程,分析了连杆上支点的运动轨迹;利用曲柄摇杆机构中增加的连杆和滑轨来实现脚踝的运动,分析了踝关节的运动相位,且与步态运动相协调;通过Matlab和ADAMS的运动仿真优化该机构的设计,并通过实验验证优化结果的合理性,整体简化了下肢康复训练机器人结构,降低成本.     

一种新型踝关节康复机器人系统设计

脑卒中患者因运动功能神经损伤造成肢体运动功能障碍,对患者日常生活水平造成严重影响.踝关节作为人体下肢的承重关节,是维持人体站立、行走和跑跳等运动的关键部位,也是卒后康复训练的重要内容.人工训练模式治疗师工作强度大,且因治疗师临床经验差异造成康复训练效果不同.现有康复辅助器械以健康者踝关节运动模型为基础,忽略了患者的个性化差异.本文利用人体左右对称的生理特征,提出一种新型的踝关节康复机器人,模拟治疗师康复手法,实现踝关节趾屈/背屈,内旋/外旋和内翻/外翻训练.该机器人由两个对称机构组成,允许脑卒中患者根据个体差异进行踝关节康复训练.通过运动学分析验证了踝关节康复机器人的机构设计的合理性.由于踝关节康复需要恢复力量和关节活动度,开发了两种踝关节训练模式:被动训练和融合训练.实验证明,在被动训练模式下,患者偏瘫侧踝关节可以活动到设定角度.在融合训练模式下,患者可以利用健侧踝关节的运动信息镜像映射到偏瘫侧踝关节进行训练.实验结果表明,新型踝关节康复机器人能够满足踝关节康复训练需求.     

卧式下肢康复机器人的设计与研究

针对人体下肢运动能力受损患者,研制了一种新型躺式下肢康复机器人。采用定轨式模拟椭圆形步态轨迹,进行康复训练。应用UG建模,进行了运动学分析和ADAMS仿真,验证了机构设计的可行性,具有一定的研究意义。     

坐式下肢康复训练机器人的设计

基于运动康复医学理论,针对下肢瘫痪患者早期及中后期康复训练的需求,设计了一款坐式下肢康复机器人,对肢体运动功能受损的肌肉进行训练。对下肢康复训练机器人进行了创新设计,其结构组成主要包括下肢康复机构和座椅辅助机构,利用该下肢康复训练机器人可使患者受损的运动功能得到最大程度的恢复和重建。     

一种六足仿生机器人的研究

基于仿生学原理,应用连杆机构学中的Robert原理,设计出一连杆轨迹能较好地近似于机器人理想足部轨迹的六杆机构.并通过ADAMS动力学仿真软件,对用这一连杆机构作为腿部机构的六足机器人进行了前进和转弯步态仿真.仿真结果表明该机器人具有良好的移动性能.     

外骨骼式步态康复训练机器人构型研究

设计了一种面向偏瘫患者的外骨骼式步态康复训练机器人机构。该机构包括腋下支撑机构、患肢侧外骨骼机构以及健肢侧机构。左腋下支撑机构与右腋下支撑机构结构相同,腋下支撑部可以在水平方向和垂直方向进行调整。患肢侧外骨骼机构可驱动患者患肢髋关节、膝关节和踝关节在矢状面内运动,其大腿和小腿部分采用了两根连杆,增加了强度,提高了安全性。健肢侧机构包括三自由度外骨骼式健肢关节运动参数检测装置和具有平面四杆结构的原地步行机构。所设计的康复训练机器人能够使患者患肢发挥残存的运动能力,并且当运动能力不足时,可使患肢根据健肢的运动参数进行康复训练。     

蜘蛛机器人梯度投影法的运动分析和仿真

通过对蜘蛛结构及运动特性分析,设计了一款四足爬行机器人的结构模型;针对腿部机构构建的坐标系,对机器人的腿部模型进行运动分析,结合机器人的关节变量与足端对应的映射关系建立仿蜘蛛机器人足尖的步态轨迹方程;利用MDH法建立仿蜘蛛机器人的运动学模型,并通过adams对其进行模拟仿真;同时,利用梯度投影算法求解仿蜘蛛机器人的运动学方程,结果表明该机器人在空间的合成位移分布与复合摆线相符.通过matlab将机器人运动轨迹模型导入adams进行步态规划分析,结果表明机器人腿部的速度呈现一个个脉冲的形式,时间间隔小,运动速度均匀平稳.从而验证了运动控制方程是正确的,结构设计是合理的,仿生机器人的动作分解是可行的.     

五杆变胞机构下肢康复机器人的性能分析

脑卒中现代人身体残疾的主要原因之一。相关肢体康复训练器的研究很多,但坐姿康复机器人的相关研究尚未见到。在基于中风康复训练的循序渐进要求和康复机器人的运动柔顺性控制前提下,设计了一种轨迹可调的五杆变胞机构下肢康复机器人。对机器人的下肢训练机构进行性能分析,求解两个曲柄处传动轴任意工作状态和任意时刻的受力分布情况,并利用MATLAB软件进行仿真。结果表明:我们设计的下肢运动机构满足运动幅度可调和承载力需求,不同工作状态下两传动轴承受的阻力变化不大;结合分析的结果使选用的电机功率可以达到最小化;根据受力的波动情况,也可为后期进一步研究康复机器人机构运动的柔顺性控制提供一定的依据。     

下肢行走康复训练机器人控制系统设计

为使机器人能模拟正常行走步态为患者提供下肢康复训练服务,该文对下肢行走康复训练机器人的控制系统进行了设计.文中着重介绍了控制系统的整体构成和PWM控制模块的工作原理.实验结果表明,该控制系统可以满足机器人腿部关节运动轨迹的控制要求.     

单自由度腿部机构的四足机器人稳定性研究

以基于切比雪夫连杆腿部机构的四足机器人为原型,建立了其足端的运动轨迹方程,并推导出速度方程; 分别从静态及动态两种步态对单自由度四足机器人的稳定性进行研究,给出了各种步态下保持平衡行进的稳定判据; 并通过Adams仿真进行了验证。