基于ARM的上肢康复训练机器人系统设计

针对中风病人和上肢受伤的康复医疗需要,设计了一种基于ARM＋uClinux的嵌入式控制系统的康复训练机器人,阐述了系统机构设计、硬件电路设计及系统软件设计。康复训练牵引机械臂采用位置传感器和力传感器实时监测运动速度和牵引力／阻力,以实现多种训练模式。该系统可以实现手动训练、自动训练和基于网络的远程训练。实验结果表明：系统稳定可靠,能够辅助医生对病人进行康复训练医疗。     

基于Internet的远程控制康复训练机械臂

针对上肢受伤和中风病人康复医疗的需要,将力反馈遥操作机器人技术应用于上肢受伤和中风病人的康复训练,研制了一种新颖的基于Internet的远程康复训练机械臂,使得医生可远程设定康复机械臂的训练模式和控制参数,从而控制机械臂,帮助在家中或社区医院的中风病人或上肢残障人员进行康复训练,医生利用反馈的视频图像及力反馈信息监控患者的训练状况.该系统可以大大提高医生的工作效率,方便广大中风病人和上肢残障人员.     

实时上肢参数辨识的康复机器人力控制研究

针对病人进行康复训练时,上肢动力学参数估计不准确和训练过程发生上肢动力学参数变化,所导致康复机器人系统辅助力计算不准确,影响精确和稳定的控制练训。为减小辅助力计算误差,实现精确和稳定的训练控制,基于阻抗控制算法,使用多元线性回归方法对上肢动力学参数进行辨识,提出了一种实时上肢动力学参数辨识的阻抗控制算法,建立了康复机器人动力学模型,同时对控制算法进行仿真研究。仿真结果表明该算法能够准确地对上肢动力学参数进行辨识,有效地消除了辅助力计算误差,实现训练过程中训练轨迹精确控制。     

上肢康复训练机器人的研究进展及前景

利用机器人技术进行康复训练是康复治疗的重要手段之一。依据康复医疗训练机器人技术的发展意义及社会需求，结合该领域的研究背景、发展现状及趋势，回顾了国内外近些年来的研究进展和主要研究成果，分析了本地上肢康复训练机器人、基于网络的康复训练机器人和基于虚拟环境的康复医疗训练机器人的系统构造及其应用，着重介绍了一对多力觉辅助远程康复训练机器人系统的设计与特点，指出了待解决的问题，并分析了上肢康复医疗训练机器人在机械设计、控制器设计、力觉辅助、多路复用及评价策略等方面的发展趋势。     

上肢康复外骨骼机器人的模糊滑模导纳控制

为了辅助上肢运动功能障碍患者进行不同模式的康复训练,基于上肢康复外骨骼机器人系统,提出了一种模糊滑模导纳控制策略,实现训练过程的人机协调控制.首先,介绍了康复外骨骼的整体结构和实时控制平台.然后,分析了模糊滑模导纳控制算法的推导过程,并根据李亚普诺夫稳定性判据证明系统的稳定性.最后,在不同系统导纳参数条件下,分别进行被动训练模式和主动训练模式实验,并对比分析了实验过程中运动偏差、人机交互力以及肱二头肌表面肌电信号的变化特点.实验结果表明,选择合适的目标导纳模型可以优化康复训练强度与难度,提高人机交互柔顺性与患者参与度,满足不同瘫痪程度和康复进度患者的训练需求.     

基于任务表现的机器人辅助康复自适应控制策略

以机器人辅助的上肢协调康复训练为研究对象,提出一种基于任务表现的自适应控制策略,为肢体运动功能障碍患者提供个性化的机器人辅助,旨在提高患者的主动运动参与度,实现高效的康复训练.首先,介绍上肢末端式双边康复平台以及协调训练任务.然后,引入临床运动评估参数与协调训练指标,采用模糊神经网络模型建立多任务指标与机器人导纳控制参数间的映射关系.最后,通过受试者参与的协调训练实验对所提出方法进行了验证,并与相关文献中的人机交互策略进行了对比分析.实验结果表明,本文方法具有较好的任务指标追踪效果和人机交互平稳性,能够自适应为患者提供个性化的机器人辅助,有助于提高受试者的训练积极性.     

基于Kinect的上肢康复网络系统的设计与实现

目前上肢运动功能障碍患者的康复训练一般为人工指导的方式,针对此训练方式的人员、场地资源限制,以及训练数据难以记录管理的问题,设计并实现了一套可进行自主训练,可详细记录、查询训练数据的网络康复训练系统。系统通过Kinect传感器采集人体的运动信息,计算人体骨骼向量,并结合Dynamic Time Warping (DTW)算法,将患者的实际动作与标准动作进行匹配,根据匹配结果指导患者进行自主康复训练,节省了指导人员与场地资源,并与游戏相结合,提高了趣味性;基于Spring、SpringMVC、MyBatis（SSM）框架的康复训练数据管理系统,提供了记录、查询、统计训练数据的功能,将病人的训练时间与完成情况绘制成图表,方便专业人员跟踪病人的训练情况,使康复训练更加自动化、数据化、高效化。     

基于力反馈的手功能康复训练系统设计

为辅助偏瘫患者进行受损手指康复训练,设计一种力反馈手指康复训练系统。系统主要分为三部分:康复训练机构,下位机控制电路,上位机控制软件。系统有主被动两种训练模式。主动模式下,患者自己做训练动作,由磁流变液阻尼器提供相应的力反馈;被动模式下,电机带动机构和患者手指进行训练动作。同时,在机构上设置光电编码器、力矩传感器来采集患者进行康复训练时手指运动范围、力量等信息,作为对患者康复阶段的评估依据。实验表明,本康复训练系统可以有效辅助患者完成康复训练动作,有利于恢复受损手指功能。     

基于嵌入式Linux的上肢康复机器人用户系统研究

具有上肢功能障碍的脑卒中患者需要进行大量重复的康复训练以恢复运动功能。为此设计了一套基于嵌入式计算机的用户控制系统,用以控制上肢康复训练机器人的运动。在Linux环境下利用Qt图形用户界面开发工具设计完整的用户界面,完成嵌入式Linux内核的移植与驱动程序的开发,利用真实的关节运动信息进行康复训练游戏,实现对上肢康复机器人的主动控制。该系统的设计目的在于把复杂的底层控制功能通过简易的方式表达在用户界面上,使得康复医师和脑卒中患者可以与康复训练机器人进行人机交互,提高康复训练效果。     

虚拟超市认知康复训练系统开发关键技术研究

基于EON Studio开发一个适用于脑卒中恢复期患者的虚拟超市认知康复训练系统,用于训练患者的上肢运动功能。在3DMAX中建立虚拟超市场景模型和虚拟手模型;通过VC++6.0开发在EON SDK中使用的 Glove和Tracker节点,以实现数据手套、位置跟踪器与系统的集成;研究了虚拟手抓取虚拟商品时的碰撞检测技术;定义虚拟手的抓取规则。临床实验表明,该系统不仅训练了患者的手指跟手臂的运动功能,也训练了患者的认知能力。     

虚拟现实技术在柔性上肢康复机器人中的应用

根据末端牵引式和外骨骼式上肢康复机器人的特性,研制了一种新型的柔性上肢康复机器人。机器人的康复训练系统结合了主动和被动模式的要素,将虚拟现实（VR）技术引入上肢康复机器人,通过现实环境中的光学3D位置捕获以及VR环境中的3D位置感知,设计了虚拟动态模型交互性节点和碰撞检测实验,实现虚拟现实交互,提高虚拟模型运动实时效果和上肢康复训练精度。VR和新颖的康复机器人的集成为具有特定任务的患者提供了有效的训练。     

Modeling and Verification of a Bimanual-Coordinated Training System

Recently, much attention has been paid to the development of robots that support bilateral arm training in various patterns. However, traditional bimanual rehabilitation robots usually realized different training modes with the robot providing a corresponding force for the impaired limb or else achieved an active-assisted mode with the healthy limb providing an assisted force for the impaired one. This paper proposes a robot to support bimanual-coordinated training. Different training modes are realized with one limb providing a corresponding force for the other limb. Two upper limbs accomplish symmetric movements in each training mode. Motion tracking training in active-resisted and active-assisted modes was performed on 11 healthy subjects. After bimanual-coordinated training, position tracking precision was significantly improved. The preliminarily results confirmed the feasibility of the system for supporting healthy subjects in performing bimanual-coordinated training tasks and demonstrated the effectiveness of the system in improving bimanual-coordinated performance of healthy subjects. Such a system could be potentially useful for patients who are in need of motor function rehabilitation after incidents such as stroke.     

基于虚拟现实的步态训练康复机器人系统软件设计

提出了一种基于虚拟现实的步态训练康复机器人系统,该系统解决了传统下肢康复训练单一乏味的问题．虚拟游戏以脑-机接口为启动端口,以线程方式在系统中运行,以单例设计模式为主要模式,通过与系统控制主软件协同合作,对病人的步态速度、心跳等生理信息进行快速合理有效的存取操作,并将速度等信息恰当地体现在游戏中．引入虚拟游戏后,康复训练过程更有趣味性,这也在很大程度上提高了病人进行康复训练的积极性．     

具有手指外展辅助功能的康复机器人系统

手指外展是改善脑卒中患者手部功能最重要的运动之一,目前国内外柔性手部康复机器人的研究主要聚焦在手指的屈伸上,忽略了手指完全外展的重要性。为实现更好的康复效果,研制了一款具有手指外展辅助功能的康复机器人系统。基于热塑性聚氨酯(TPU)薄膜涂层织物设计了一种新型外展驱动器。推导出外展驱动器一般力学方程,以表征其输出力矩与几何参数和内部气压的函数关系。性能分析结果表明,该驱动器可以在较低的气压下提供足够的外展力,具有辅助手指外展的可行性。招募了10名健康受试者进行日常生活活动(ADL)实验,在肌电信号监测下,验证了外展驱动器的辅助作用。此外,提出的康复系统将手部康复机器人与多功能被动训练模式相结合,通过配套软件,为脑卒中患者提供了更高效的康复训练。     

Control system design of a 3-DOF upper limbs rehabilitation robot

This paper presents the control system design of a rehabilitation and training robot for the upper limbs. Based on a hierarchical structure, this control system allows the execution of sequence of switching control laws (position, force, impedance and force/impedance) corresponding to the required training configuration. A model-based nonlinear controller is used to impose the desired environment to the patient's arm. The knowledge of robot kinematics and dynamics is thus necessary to ensure haptic transparency and patient safety. The identification process of robot dynamics is emphasised and experimental identification results are given for the designed robot. The paper also presents a particular rehabilitation mode named Active-Assisted. Simulation results of this rehabilitation mode illustrate the potentialities of the overall control scheme, which can also be applied to other rehabilitation robots.     

上下肢康复训练器控制系统的设计与实现

上下肢康复训练器对偏瘫和肢体残障患者的治疗和康复有明显效果,所以研发上下肢康复训练器就显得尤为重要和急迫。康复训练器对患者治疗的功能实现主要由控制系统来完成,控制系统是康复训练器的核心。本文围绕控制系统的设计,对控制系统的搭建、人机交互界面设计、患者安全训练控制等方面进行阐述,为康复训练器整体设计奠定基础。     

一种新的康复与代步外骨骼机器人研究

针对老年人及下肢障碍者康复训练与代步问题,本文提出一种新的康复与代步外骨骼机器人.本文首先详细介绍了机器人各部分组成及机构设计方案,通过下肢外骨骼与轮椅的有机结合,有效保持或恢复老年人、脑卒中患者下肢运动能力的同时,为患者提供一种方便的代步工具;运用脚蹬车运动制订康复训练策略,可保持下肢康复训练轨迹固定,保证患者安全;提出主从式操作方法及多模态康复训练控制流程提高使用者参与感.最后通过仿真与实验验证了所提康复系统的可行性与设计的正确性.     

基于U3d的电缆射孔仿真培训系统的设计与开发

针对传统石油行业培训方式缺乏交互性且无法满足员工实践需求等问题,设计并开发了一套交互性较强的电缆射孔实训系统。描述了使用Unity 3D引擎开发仿真培训系统的设计思路,总结了系统中用到的三维模型压缩优化、碰撞检测、键盘交互等关键技术。该系统通过逼真的射孔施工虚拟环境,使员工达到"身临其境"的感觉,从而快速掌握培训内容,提高培训效率。该系统还能增加员工对所负责业务的熟练程度,降低由于错误操作造成安全事故发生的可能性。