带有振动触觉反馈的上肢康复系统

康复机器人在脑卒中患者的术后恢复治疗中起着重要作用。为了提高患者在康复训练过程中的主动性和专注度,提出了一种带有振动反馈的上肢康复训练系统。该系统利用多传感器获取人的上肢位姿信息,实现与虚拟场景的实时交互,并通过实时多层级振动反馈引导人的康复动作。通过心理物理学实验评估受试者对不同振动强度的感受,得出了人体感受区分明显的3个振动强度等级。构建了视触觉有效性实验,受试者需要在虚拟场景中完成特定的康复动作,实验结果表明,相较于无触觉反馈,受试者在振动触觉反馈的作用下可以更稳定高效地完成康复任务。     

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。     

六自由度上肢康复机器人结构设计与仿真

针对现有康复机器人功能单一以及柔顺性不佳的问题,通过分析人体上肢运动中的形态特点,设计了一种六自由度上肢康复机器人结构。该结构能帮助患者完成三个关节的康复运动;同时,肩关节三个自由度轴线交于一点,与人体上肢肩关节轴线相匹配。采用Denavit-Hartenberg (D-H)法,建立了各关节坐标系并推导出运动学方程,并通过计算验证了运动学方程的正确性;然后,运用蒙特卡洛法,计算出上肢康复机器人末端运动空间云图,确定末端空间范围在人体手臂末端运动范围内;最后,利用Adams建立上肢康复机器人虚拟模型,对所建模型进行轨迹仿真。仿真试验验证了上肢康复机器人设计的合理性以及数学模型的正确性,为后续上肢康复机器人的动力学分析奠定了基础。     

基于心率的上肢康复机器人的开发

针对上肢损伤患者,设计了一种基于力反馈+心率实时监测的双臂6自由度上肢康复训练机器人。该机器人能够通过力反馈传感器采集患者和机器人之间的相互作用力,并通过心率传感器采集患者的心率数据。MCU对这些信息通过A/D采集的方式进行处理,并将数据存档。医生对这些数据进行分析后,制定出更加适合患者的康复方案并下发到MCU。MCU接收到信息后会执行医生制定的康复方案。如果患者再次出现损伤,医生还可以通过分析患者的档案信息来制定更加科学有效的康复方案。实验验证开发的康复机器人对于上肢损伤患者具有良好的康复训练效果。     

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。     

基于运动想象脑电的上肢康复机器人

针对脑中风偏瘫患者的康复训练,设计了一种基于运动想象脑电的上肢康复机器人系统.首先,利用肢体运动3维动画刺激患者进行运动想象并通过USB脑电放大器采集运动想象脑电信号:然后,采用小波包算法进行特征向量的提取,并通过基于马氏距离的线性判别分类器分类;最后,PC利用虚拟现实技术进行视觉反馈,同时控制康复机器人.该系统使用患...     

并联3-URS踝关节康复机器人的机构与运动学研究

为了帮助患者进行踝关节康复训练,减轻治疗师工作强度,在分类分析现有的各类型踝关节康复机器人的基础上,设计了一种六自由度并联3-URS踝关节康复机器人。从人体生理结构及康复训练需求出发,设计、优化了康复机器人结构,加工制造了实物样机模型;采用闭环矢量的方法建立了并联机器人运动学模型,结合Rosenbrock-Banana优化函数,将正逆运动学数值求解问题转换为优化问题。以背屈训练轨迹作为数值算例,求解精度可达10-10~10-7mm;结合虚拟样机技术,验证了该并联机器人运动学优化求解方法的可靠性,适用于3-URS并联踝关节康复机器人。     

三维虚拟场景漫游技术研究与实现

虚拟漫游是虚拟现实（VR）的重要技术分支,同时实现虚拟现实系统＂沉浸性＂与＂交互性＂的关键。VRML构建虚拟场景,鼠标和键盘结合的Java3D控制实现用户与虚拟场景对象之间的虚拟三维空间的动态漫游,从而增强虚拟场景的交互性和用户可操作性。     

基于Web的虚拟展厅的设计与实现

当前的VR标准，可以描述一个被动的VR系统，即系统应用VR技术来实现一些预先设计的3D内容的可视化。然而，现实中的一个挑战在于构造主动VR应用，这种应用允许动态合成虚拟场景。为了能构造主动VR应用，该文结合目前工作描述了网络环境下虚拟展览厅系统，提出虚拟世界的数据库建模方法。文中阐述了该系统的用途和功能，给出了系统的结构模型等。     

五自由度上肢康复机器人动力学建模及仿真

分析了五自由度上肢康复机器人的系统结构,构建出新的系统简化模型,并利用拉格朗日动力学法建立康复机器人简化动力学方程,提出了一类机器人简化建模的新方法.在Matlab中用V-realm Builder工具建立5-DOF上肢康复机器人三维虚拟仿真模型并进行虚拟仿真.仿真结果表明,简化的动力学模型在康复机器人控制中应用效果良好,理论响应曲线与实际响应曲线误差较小.该方法建模过程简单、快捷、有效,适合现代计算技术的发展,为康复机器人系统的优化设计及运动控制提供了理论依据.     

虚拟现实手部康复训练系统的设计与实现

将虚拟现实技术应用到康复医学领域,可有效克服传统康复训练方法的局限性,实现安全、舒适和主动的康复训 练。本文设计并实现了一套虚拟现实手部康复训练系统,系统由交互设备、人机交互软件和虚拟环境三部分组成。交互 设备采用 5DT 公司生产的 5DT Data Glove 14 Ultra 数据手套,而人机交互软件运用 Visual Studio 2012 作为开发工具,基于 MFC 编写,实现了用户管理、数据采集、手势信号分类、实时手势识别测试等功能。构建的虚拟场景使用 Flash 游戏, 通过 MFC 和 Flash 游戏之间通讯使用者能使用手势信号实现游戏操控。本文的实验结果表明：虚拟现实手部康复训练系 统能够指导使用者进行有效的手部康复训练,Flash 康复训练游戏能有效提高使用者进行康复训练的积极性和主动性。     

基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统设计

传统上肢康复机器人交互控制系统受到奇异位形影响,导致系统控制精准度较低,为此提出基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统;设计上肢康复机器人交互控制系统结构,选取双串口12CSA60S2系列单片机作为下位机控制核心模块,利用椎齿轮改变驱动力方向,设计机械臂肘部结构,通过同步带传动,将器件隐藏于空手柄中;设计机械臂腕部结构,满足临床康复时上肢患者站姿与坐姿训练需求;选择箔式应变片BF350力传感器,设计电阻应变片桥接电路,处理传输信号;构建机器人目标阻抗模型,设计基于力阻抗控制策略,调节位置、速度和关节;为改善奇异位形情况,在奇异位形附近关节角速度指令直接由各个关节力矩阻尼控制得到,实现角速度精准输出,完成系统控制;由实验结果可知,该系统直线运动位置、旋转关节位置和伸缩关节位置跟踪结果与标准值基本一致,满足系统设计需求。     

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。     

一种基于三维建图和虚拟现实的人机交互系统

以提高人机共融水平为目的,以救援机器人为背景,提出并实现基于三维建图和虚拟现实(VR)技术的人机交互系统.在该系统中,救援机器人基于多线激光雷达和惯性测量单元(IMU)实时构建环境的三维点云地图,并将建图结果增量式地表示为3D-NDT地图,实时传输至操作台的虚拟现实系统中可视化;同时,操作人员利用虚拟现实系统的交互设备生成机器人的控制指令,控制机器人运动,构成一个完整的人在回路的人机交互系统.该系统在将机器人环境实时在虚拟现实中可视化的基础上,可以给操作人员以极强的沉浸感,有利于操作人员更直接地理解机器人所处环境.此外,该系统作为一种新的人机交互方式,为提高人与机器人的自然交互水平提供了新思路,对促进人机交互技术的发展具有重要意义.     

Development of virtual reality proprioceptive rehabilitation system for stroke patients

In this study, the virtual reality (VR) proprioception rehabilitation system was developed for stroke patients to use proprioception feedback in upper limb rehabilitation by blocking visual feedback. To evaluate its therapeutic effect, 10 stroke patients (onset > 3 month) trained proprioception feedback rehabilitation for one week and visual feedback rehabilitation for another week in random order. Proprioception functions were checked before, a week after, and at the end of training. The results show the click count, error distance and total error distance among proprioception evaluation factors were significantly reduced after proprioception feedback training compared to visual feedback training (respectively, p = 0.005, p = 0.001, and p = 0.007). In addition, subjects were significantly improved in conventional behavioral tests after training. In conclusion, we showed the effectiveness and possible use of the VR to recover the proprioception of stroke patients.     

基于无模型自适应的外骨骼式上肢康复机器人主动交互训练控制方法

设计了一种基于无模型自适应的外骨骼式上肢康复机器人主动交互训练控制方法.在机器人与人体上肢接触面安装力传感器采集人机交互力矩信息作为量化的主动运动意图,设计了一种无模型自适应滤波算法使交互力矩变得平滑而连贯;以人机交互力矩为输入,综合考虑机器人末端点与参考轨迹的相对位置和补偿力的信息,设计了人机交互阻抗控制器,用于调节各关节的给定目标速度;设计了将无模型自适应与离散滑模趋近律相结合的速度控制器完成机器人各关节对目标速度的跟踪.仿真结果表明,该控制方法可以实现外骨骼式上肢康复机器人辅助患者完成主动交互训练的功能.通过调节人机交互阻抗控制器的相应参数,机器人可以按照患者的运动意图完成不同的主动交互训练任务,并在运动出现偏差时予以矫正.控制器在设计实现过程中不要求复杂准确的动力学建模和参数识别,并有一定的抗干扰性和通用性.     

Tele-immersive product evaluation: a review and an implementation framework

A novel virtual tele-immersive product evaluation environment is conceived. The components for the tele-immersive virtual environment for product evaluation include a robust virtual reality (VR) hardware system, associated VR driving software, development tool for the tele-immersive virtual environment, networking software, user representation scheme and tools for developing 3D models and incorporating dynamic properties into the models. We have developed a model to allow users to collaboratively evaluate products using the CAVE^TM, Performer, CAVERN, CAVEActors, Pro/ENGINEER, and ADAMS.     

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.     

基于虚拟现实的网络化上肢康复训练系统

针对中风病人和上肢受伤病人在传统的基于康复器械的训练中,人机之间缺乏良好的互动性以及训练模式内容枯燥乏味的缺点,本文使用Windows GDI和OpenGL在VC++6.0开发环境下开发了一种新颖的基于虚拟现实和计算机网络的上肢辅助康复训练系统。该系统配合康复训练的主动模式和阻抗模式,可以与病人进行具有趣味性和良好交互性的康复训练过程。实验结果表明系统能够辅助医生对病人进行康复训练医疗,并且能够极大的提高病人进行康复训练的积极性。