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卫生护理机器人辅助站立装置设计与研究

机械传动 2013年第11期37卷 43-46页

作者：付东辽韩建海胡志刚河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

为解决卫生护理机器人在帮助老年人和下肢行动障碍者洗浴过程中站立困难和难以长久站立的问题,通过对人体自然站立运动过程的研究分析,结合人机工程学原理,设计了一种可适应人体体型差异的,可减轻人体自重的,满足卫生护理机器人要求的... 详细信息

为解决卫生护理机器人在帮助老年人和下肢行动障碍者洗浴过程中站立困难和难以长久站立的问题,通过对人体自然站立运动过程的研究分析,结合人机工程学原理,设计了一种可适应人体体型差异的,可减轻人体自重的,满足卫生护理机器人要求的可调式起坐辅助站立装置。介绍了卫生护理机器人的研究意义和总体设计方案,重点介绍了对该机器人辅助站立装置的设计与研究。通过加工制作实验样机和对样机的实验调试,验证了控制系统的稳定性和整个辅助站立装置设计的合理性。

关键词：卫生护理机器人辅助站立样机实验

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基于AnyBody脑卒中患者手部抓握训练的肌肉力学特性分析

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医用生物力学 2021年第5期36卷 698-704页

作者：赵梦文胡志刚王新征付东辽河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471003 河南省智能康复医疗机器人工程研究中心河南洛阳471003

目的建立手部抓握的骨骼肌生物力学模型并进行逆向动力学仿真,得到不同受力时手部抓握过程各参与肌肉的最大肌肉力。方法选择1名志愿者对其手部进行CT扫描,将得到的手部CT数据导入Mimics软件进行三维重建,获得各节骨模型,通过Geomagic S... 详细信息

目的建立手部抓握的骨骼肌生物力学模型并进行逆向动力学仿真,得到不同受力时手部抓握过程各参与肌肉的最大肌肉力。方法选择1名志愿者对其手部进行CT扫描,将得到的手部CT数据导入Mimics软件进行三维重建,获得各节骨模型,通过Geomagic Studio重新调整模型坐标后导入AnyBody软件,建立手部骨骼运动学模型。添加参与各手指屈曲的相关肌肉,建立手部骨骼肌模型。使用该模型进行手部抓握的逆向动力学仿真。结果分别在各远节指骨上施加5~30 N不同外力后,得到各肌肉在整个运动过程中的最大肌肉力。随着力的增加,各肌肉最大肌肉力也呈线性趋势增大,如拇长屈肌的最大肌肉力从18.49 N增加到110.93 N;且在外力5 N时,手指抓握过程中拇短屈肌、拇长屈肌、拇收肌、小指短屈肌的最大肌肉力分别为7.70、18.49、9.49、8.39 N,指浅屈肌、指深屈肌在各手指运动过程的肌肉力远大于其他肌肉,对手部抓握起主要作用。结论参与手部抓握各肌肉在不同阻力时的最大肌肉力,以及主要肌肉的肌肉力与关节角度的关系,可为评价脑卒中患者手部康复效果提供指导及参考,也可为康复设备制造提供一定的理论依据。

关键词：脑卒中骨骼肌手部抓握训练肌肉力逆向动力学分析

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双层床架焊接机器人工作站的设计

焊接 2015年第6期 34-38,74页

作者：韩建海郭吉伟付东辽方涛涛河南科技大学机电工程学院洛阳市471003 洛阳市机器人研究院 471000

机器人焊接工作站是指以焊接机器人为核心,可以实现工件快速装夹、变位的自动化生产单元。针对床架结构的焊接要求,提出一种以弧焊机器人为核心的焊接自动化工作站,设计了翻转变位机、移动滑轨、工装夹具等周边设备。试验表明:该焊接工... 详细信息

机器人焊接工作站是指以焊接机器人为核心,可以实现工件快速装夹、变位的自动化生产单元。针对床架结构的焊接要求,提出一种以弧焊机器人为核心的焊接自动化工作站,设计了翻转变位机、移动滑轨、工装夹具等周边设备。试验表明:该焊接工作站可以满足不同型号床架的焊接工艺要求。对工作站的组成、床架焊接工艺、翻转变位机和工装夹具设计、电气控制等内容进行了详细介绍。

关键词：床架弧焊机器人焊接工作站变位机电气控制

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上肢助力外骨骼研究综述

机械传动 2023年第3期47卷 141-155页

作者：郭骐源胡志刚付东辽河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471003

简述了在当前疫情灾情多发、劳动力资源短缺的情况下开发上肢助力外骨骼的重要意义,介绍了外骨骼的发展历程、分类方式以及上肢助力外骨骼的特点、适用人群、应用场景等。详细介绍了国内外上肢助力外骨骼相关研究成果和产品,包括其基本... 详细信息

简述了在当前疫情灾情多发、劳动力资源短缺的情况下开发上肢助力外骨骼的重要意义,介绍了外骨骼的发展历程、分类方式以及上肢助力外骨骼的特点、适用人群、应用场景等。详细介绍了国内外上肢助力外骨骼相关研究成果和产品,包括其基本构造以及评估实验结果,并对其中的关键技术(如驱动和传动、人机交互中所涉及的人体运动意图识别、人机协同运动等)进行了阐述和分析。总结了当前研究中仍存在的问题,并对上肢助力外骨骼未来的发展趋势进行了展望。

关键词：上肢助力外骨骼评估实验人机交互人体运动意图识别人机协同运动

坐立卧式护理轮椅的结构设计及运动学仿真分析

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机械传动 2021年第5期45卷 83-89页

作者：张帅尚振东胡志刚付东辽河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003 河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471003

为满足行动不便的老年人和残障患者的护理需求,设计了可辅助站立、辅助躺卧的坐立卧式护理轮椅。阐述了轮椅机构的设计方案和工作原理,并基于人机工程学原理,采用三维步态分析及运动系统分析了正常人体起立、躺卧过程中各关节的运动轨... 详细信息

为满足行动不便的老年人和残障患者的护理需求,设计了可辅助站立、辅助躺卧的坐立卧式护理轮椅。阐述了轮椅机构的设计方案和工作原理,并基于人机工程学原理,采用三维步态分析及运动系统分析了正常人体起立、躺卧过程中各关节的运动轨迹规律。建立轮椅机构间几何关系,并对机构进行了运动学分析;结合人体测量学数据,确定各构件参数并建立虚拟样机;运用Adams软件对机构进行了运动仿真,仿真中机构运行平稳。仿真结果表明,坐立卧式护理轮椅辅助人体坐、立、卧运动符合健康人体运动规律,验证了机构设计的合理性。

关键词：护理轮椅机构设计运动分析 Adams仿真

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卫生护理机器人自动减重系统设计与研究

机械设计与制造 2013年第12期 41-43页

作者：韩建海付东辽胡志刚河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

为解决卫生护理机器人在帮助老年人和下肢行动障碍者在洗浴过程中难以长久站立的问题,借鉴当前国内外关于减重系统的优秀研究成果,结合卫生护理机器人总体方案和设计要求,设计了一种可适应人体不同身高、体重差异的自动减重系统。介绍... 详细信息

为解决卫生护理机器人在帮助老年人和下肢行动障碍者在洗浴过程中难以长久站立的问题,借鉴当前国内外关于减重系统的优秀研究成果,结合卫生护理机器人总体方案和设计要求,设计了一种可适应人体不同身高、体重差异的自动减重系统。介绍了该机器人的研究意义和总体设计方案,重点介绍了该机器人自动减重系统的设计原理和控制系统研究,并对样机进行了实验调试。结果表明,自动减重系统的结构设计和控制系统设计都很好的满足了卫生护理机器人的减重性能指标。

关键词：卫生护理机器人老年人洗浴减重原理控制

颈椎牵引过程中颈部肌电信号变化规律与力学特点

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医用生物力学 2016年第5期31卷 421-425页

作者：杨腾飞王金武胡志刚付东辽王虎戴尅戎河南科技大学医学技术与工程学院洛阳471003 河南科技大学机电工程学院洛阳471003 上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科上海市骨科内植物重点实验室上海200011 上海交通大学教育部数字医学临床转化与工程研究中心上海200030

目的观察颈椎牵引在不同加载质量和牵引角度时颈部肌肉表面肌电(electromyography,EMG)信号的变化特点,并与Any Body软件颈椎建模仿真所得的相关肌肉力活性变化特点进行对比,验证仿真结果的合理性。方法选取10例青年志愿者,行仰卧位颈... 详细信息

目的观察颈椎牵引在不同加载质量和牵引角度时颈部肌肉表面肌电(electromyography,EMG)信号的变化特点,并与Any Body软件颈椎建模仿真所得的相关肌肉力活性变化特点进行对比,验证仿真结果的合理性。方法选取10例青年志愿者,行仰卧位颈椎牵引,JE-TB0810表面肌电仪测试颈部双侧胸锁乳突肌、斜方肌上部EMG信号,利用平均肌电值(average EMG,AEMG)和平均功率频率(mean power frequency,MPF)分析颈部EMG信号的变化规律。结果斜方肌上部和胸锁乳突肌AEMG均随着加载质量和牵引角度的增大而增大,差异均具有统计学意义(P0.05);实验结果与颈椎牵引建模仿真所得斜方肌上部和胸锁乳突肌肌肉力活性特点相符。结论仿真结果具有一定的合理性,临床上可根据颈部肌肉的兴奋程度和疲劳时间合理施加牵引重量,既达到治疗效果,也提高患者的舒适性,为颈椎牵引设备的进一步研制和改进提供重要参考。

关键词：表面肌电图仰卧位颈椎牵引胸锁乳突肌斜方肌上部

表面肌电信号控制的功能性电刺激康复系统研究

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机械设计与制造 2023年第9期391卷 268-272页

作者：陈紫萱胡志刚杜喆付东辽河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471003 河南省智能康复医疗机器人工程研究中心河南洛阳471003

针对特定肌肉动作所需电刺激参数的差异以及组合动作中刺激位置顺序的排布,研发了一套以健侧肌电信号实时触发的多通道手部电刺激康复系统,以辅助脑卒中患者更有效的完成手功能康复训练。使用STM32F103微处理器完成下位机平台搭建,设计... 详细信息

针对特定肌肉动作所需电刺激参数的差异以及组合动作中刺激位置顺序的排布,研发了一套以健侧肌电信号实时触发的多通道手部电刺激康复系统,以辅助脑卒中患者更有效的完成手功能康复训练。使用STM32F103微处理器完成下位机平台搭建,设计信号采集模块对表面肌电信号进行滤波及放大、利用表面肌电信号能反映肌肉运动信息的特点,使用Matlab获取手部运动特征建立分类模型、模型通过识别运动的健侧手部,将分类后的运动标签实时反馈至电刺激模块,以刺激患侧电极产生相应动作。最后经过重复性实验得到结果:系统的平均动作识别率可以达到90.7%;而特定手部肌肉动作的触发需要不同等级的电流强度。实验结果表明系统实时性良好、运行稳定、可实现模式识别后的相应刺激动作产生。

关键词：手功能康复表面肌电信号双极性电极功能性电刺激多通道

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改进人工鱼群的ORB特征匹配算法

计算机工程与应用 2022年第1期58卷 292-299页

作者：李思璇胡志刚王新征付东辽祖向阳河南科技大学医学与技术工程学院河南洛阳471003 河南省智能康复医疗机器人工程研究中心河南洛阳471003

针对室内轮椅定位与地图构建中传统ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)受到特征点检测与选取策略的影响导致特征匹配正确率不理想,提出一种改进人工鱼群的ORB特征匹配算法。使用改进后的FAST检测特征点,利用改进后的人工鱼群在组合... 详细信息

针对室内轮椅定位与地图构建中传统ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)受到特征点检测与选取策略的影响导致特征匹配正确率不理想,提出一种改进人工鱼群的ORB特征匹配算法。使用改进后的FAST检测特征点,利用改进后的人工鱼群在组合优化问题中具有收敛速度快且易获得最优解的特点,在图像中计算出不同特征区域,根据特征点所在区域位置赋予其相应的状态,对不同状态的特征点选择保留或去除,使用汉明距离的RANSAC算法在特征区域之间进行特征匹配。实验结果表明,改进后的FAST在图像边缘处提取到更多的图像特征,在实际环境中改进后的ORB匹配算法平均正确匹配率达到了92.7%,比传统ORB平均正确匹配率高52.3%。

关键词：改进FAST 改进人工鱼群提取与选取策略特征区域