上肢康复机器人动力学模型参数辨识

上肢康复机器人是一个非线性、多耦合的系统,对其建立精确的动力学方程较为困难,故无法直接应用于控制系统中。基于拉格朗日法建立康复机器人动力学方程,设计一条激励轨迹,并运用激励轨迹得到的关节力矩和关节角度等相关数据进行动力学参数辨识。使用递归最小二乘法辨识法得到较为精确的上肢康复机器人动力学方程,并通过设计相应的验证轨迹,证明了辨识得到的动力学方程的有效性。     

无动力下肢外骨骼机器人研究综述及发展趋势

无动力下肢外骨骼机器人,可运用于医疗康复、运动助力以及负载作业等场景。系统阐述了无动力下肢外骨骼机器人的发展背景及助力形式;对国内外无动力下肢外骨骼机器人的研究历程进行综述,按多关节和单关节进行分类,重点总结了两类机器人的结构、特点、优劣势以及效能评估等;围绕无动力下肢外骨骼机器人的关键技术与未来发展趋势进行了分析与展望。     

下肢康复外骨骼机器人结构拟人设计与运动学分析

下肢康复外骨骼机器人是一种可以辅助脑卒中导致运动功能障碍患者肢体运动和康复训练的机器人。基于人体下肢生物力学特点,提出了下肢外骨骼机器人设计方案,研究了下肢康复外骨骼机器人的机构设计原理及过程。针对外骨骼髋关节的关键零件设计进行详细阐述,研究了准拟人化设计的比例参数,使用了拓扑优化方法对膝关节电机架进行轻量化设计。基于D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系,得到坐标转换矩阵。通过ADAMS软件进行运动学仿真,验证了运动学分析的可靠性。     

基于伪刚体模型的腰部训练装置的运动学分析

考虑到康复运动过程中康复患者对康复机器人的作用,康复机器人的设计过程中将康复患者的康复部位作为其一部分进行设计和分析。将腰部考虑成柔性杆,并将其作为气动人工肌肉驱动的腰部训练装置的一部分进行分析。对腰部训练装置进行了结构介绍并分析了腰部在腰部训练装置中的作用,给出了腰部训练装置的运动学模型。对腰部训练装置进行了受力分析,结合腰部训练装置的功能对气动人工肌肉组件进行了设计和受力分析,使用伪刚体模型对腰部进行受力分析,得到了腰部脊柱与康复腰带结合点的受力结果,基于此对腰部训练装置整体进行受力分析,得到腰部训练装置中康复腰带与气动人工肌肉组件之间受力的关系。通过仿真验证了运动学分析和受力分析结果的正确性,并根据腰部训练装置的力学分析及仿真结果,进一步设计并搭建气动人工肌肉和柔索混合驱动并联腰部康复机器人试验平台。     

踝关节康复机器人设计及人—机运动映射分析

设计一种康复机器人以帮助病人实现踝关节的康复训练。在自由度分析的基础之上,所设计的康复机器人采用3-PUS/S型并联机构。采用旋量理论验证了康复机器人可以实现与踝关节相同的球面运动。通过运动学分析得到机器人的雅可比矩阵。为解决机器人回转中心与踝关节中心不重合的问题,进行了踝关节到康复机器人的运动映射分析。最后通过数值仿真对运动映射进行了验证。     

基于神经网络辨识的变增益控制在遥康复中的应用

在患者进行遥康复训练时,肌肉痉挛会对遥康复训练系统稳定性及从机械手速度平滑性产生较大的影响.针对这些问题提出了一种新的基于BP神经网络辨识的变增益控制方法.通过BP神经网络实时辨识患肢动力学参数并根据其变化进行自适应调整控制增益,不仅消除了因患者肌肉痉挛带来的不稳定性,而且减少了其对系统运动平滑性的影响,可提高康复训练效果.分析和仿真试验结果表明,该控制方法与传统的控制方法相比,可有效地抑制患者因肌肉痉挛带来的干扰并具有较好的稳定性和平滑性.     

基于力阻抗控制的手臂康复机器人实验研究

把阻抗控制理论运用于手臂康复机器人控制中,使用基于力阻抗控制模型设计了系统的控制器。利用MATLAB/Simulink系统设计工具建立了系统控制模型,并在dSPACE实时仿真平台上进行了实验研究。结果表明,通过调节控制器中的刚度系数、阻尼系数可以使手臂康复机器人具有不同的刚度特性和阻尼特性。该控制器实现了被动和主动两种训练模式中机器人的柔顺运动控制。     

基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究

为辅助对患肢进行高强度标准化康复训练工作,研制了一种基于外骨骼原理的可穿戴式4自由度上肢康复机器人.该康复机器人可实现肩关节水平方向外展/内收、竖直方向上摆/下摆和旋转运动以及肘关节的屈/伸运动.首先根据康复医学原理确定出人手臂各关节的运动角度范围,并在确保驱动力矩最小的原则下进行结构设计.然后,对各结构进行了运动学与动力学仿真分析,并据此对结构进行优化.最后,设计了康复机器人在连续被动康复运动(CPM)模式下的控制系统.实验结果表明,此结构方便穿戴于人体,机器人的运动自由度与人体运动自由度同轴,能有效地对患肢前、后臂各部位进行支撑和牵引,精确地施加牵引力于上肢的各关节.     

基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构及其性能分析

基于踝关节的生理解剖结构和运动特性分析,提出了一种适用于踝关节康复的3自由度3-UPS/RRR并联机构.该机构采用三个主动支链倾斜布置避开了机构的奇异位形,能满足踝关节康复运动需要,同时约束支链和动平台的设计使机构的转动中心与患者的踝关节转动中心重合.应用解析法得到了机构的位置反解,建立了速度雅可比矩阵和静力雅可比矩阵,求解了机构的工作空间.基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能和静力学性能.结果表明在规定的工作空间内机构具有良好的可操作性、运动灵活性、刚度特性和力矩传递性能.最后运用牛顿-欧拉法建立了机构的逆动力学方程,得到了驱动力、约束力与运动参数的关系,并给出了仿真实例.     

一种手持可遮挡的增强现实彩色标识*

基于标识的跟踪注册技术是当前增强现实系统中最成熟和最接近实际应用的注册技术,该注册技术是将一些已知空间相对位置的人工标识放置在需要注册的真实场景中,利用摄像机跟踪识别标识。以手部康复训练为背景,提出了一种特殊的近景手持彩色标识及其识别方法。标识采用海明码编码技术编码解码,不仅扩充了标识的编码量,还能够利用海明码的奇偶校验方法解决由于手部无意遮挡引起的跟踪注册失败问题。实验结果表明,该彩色标识在多种环境下都能够实现稳定注册,具有一定的鲁棒性。为验证彩色标识的实用性,提出一个基于手部运动的增强现实桌面击球游戏,拥有较好的注册效果。彩色标识的提出将有助于增强现实手部康复训练项目的研究。