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基于模糊PI控制的穿戴式上肢康复机器人

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第S1期43卷 355-358页

作者：郭萌涂细凯何际平黄心汉华中科技大学自动化学院湖北武汉430074

为了加速患有运动功能障碍的患者上肢伸展功能的康复,研制出基于模糊PI控制的穿戴式上肢康复机器人.该上肢机器人借助结合眼动跟踪仪的虚拟现实平台通过气动肌肉驱动实现上肢的康复训练,采用模糊PI控制器对机器人实施位置控制.实验通过... 详细信息

为了加速患有运动功能障碍的患者上肢伸展功能的康复,研制出基于模糊PI控制的穿戴式上肢康复机器人.该上肢机器人借助结合眼动跟踪仪的虚拟现实平台通过气动肌肉驱动实现上肢的康复训练,采用模糊PI控制器对机器人实施位置控制.实验通过受试者穿戴该上肢机器人完成各关节的轨迹跟踪来检测模糊PI控制的效果.实验结果证明:模糊PI控制响应速度较快,轨迹跟踪误差较小,实用性较好.

关键词：康复机器人气动肌肉模糊PI控制可穿戴式虚拟现实

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集成功能性电刺激的穿戴式康复机器人研究

集成功能性电刺激的穿戴式康复机器人研究

作者：涂细凯华中科技大学

学位级别：硕士

中风属于神经损伤疾病，能导致运动功能失调。患中风不仅给病人日常生活带来诸多不便，而且给患者带来巨大的心理压力。康复机器人能辅助中风病人进行康复训练，实现肢体运动功能恢复。康复机器人的使用有望缓解康复医疗资源紧张情况和... 详细信息

中风属于神经损伤疾病，能导致运动功能失调。患中风不仅给病人日常生活带来诸多不便，而且给患者带来巨大的心理压力。康复机器人能辅助中风病人进行康复训练，实现肢体运动功能恢复。康复机器人的使用有望缓解康复医疗资源紧张情况和解决康复师人工训练中存在的问题。穿戴式上肢康复机器人虽然使用安全轻便的气动肌肉作为驱动，但是驱动装置仍然显得笨重，不易被中风患者接受使用，这阻碍了穿戴式康复机器人临床广泛使用。功能性电刺激不仅可以诱导神经的可塑性，而且可以抑制不正常运动并能激发瘫痪肌肉主动运动。集成功能性电刺激的穿戴式上肢康复机器人能减小其驱动装置的驱动力，从而为研制易被中风病人接受的轻型穿戴式康复机器人开辟新途径。本文的主要内容包括以下几个方面：本文介绍运动康复理论基础，并阐述集成功能性电刺激的康复机器人能减小其体积和重量的依据。本文介绍康复机器人的气动肌肉驱动研究，借助杠杆原理气动肌肉驱动装置被重新设计以减小机器人的体积。本文完成功能性电刺激反馈控制系统平台设计，它以研华AI和DO控件为主要软件模块，并采用研华USB-4716采集卡作为信号输入和输出的接口。该平台辅助上肢康复机器人实现闭环电刺激，可以提高功能性电刺激的控制精度和安全性能。本文利用集成功能性电刺激的穿戴式上肢康复机器人进行了初步实验研究。实验结果表明功能性电刺激具有减轻穿戴式康复机器人体积和重量的潜力，该组合有着广阔的应用前景。最后，对全文进行了总结，并指出了下一步需要进行的工作。

关键词：康复机器人功能性电刺激中风运动功能康复上肢

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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腕关节康复机器人功能性电刺激阵列电极研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第S1期41卷 332-334,342页

作者：温月黄心汉涂细凯黄明华中科技大学自动化学院湖北武汉430074

采用STM32F107作为控制器,RehaStim刺激器作为刺激源,完成了腕关节康复机器人控制器电路的设计、下位机程序的编写和PC机界面程序的实现.下位机控制电极选通,获取传感器信息.上位机通过串口发送指令,控制阵列电极选通,设置传感器采样速... 详细信息

采用STM32F107作为控制器,RehaStim刺激器作为刺激源,完成了腕关节康复机器人控制器电路的设计、下位机程序的编写和PC机界面程序的实现.下位机控制电极选通,获取传感器信息.上位机通过串口发送指令,控制阵列电极选通,设置传感器采样速率,并通过摄像头保存实验过程图像信息,用于理论分析.提出的功能性电刺激阵列电极系统不仅能预防肌肉萎缩,而且能选择性激活腕关节对应的肌肉,从而调制患者腕关节刚度,为患者采用腕关节康复机器人训练提供保障.4×6阵列电极系统能独立控制每个靶点的刺激参数,实现腕关节目标肌肉选择性刺激.

关键词：康复机器人功能性电刺激阵列电极腕关节气动肌肉微控制器

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便携式二自由度腕关节康复机器人设计

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第S1期41卷 329-331页

作者：黄明黄心汉温月涂细凯华中科技大学自动化学院湖北武汉430074

针对康复机器人大多体积庞大,应用于医院时不便于移动,为实现康复机器人的家用与便携化,设计了一种新型便携式二自由度腕关节康复机器人.该机器人采用气动肌肉对驱动的方式完成辅助患者腕部屈/伸的康复训练,采用微型电机驱动腕部摇摆功... 详细信息

针对康复机器人大多体积庞大,应用于医院时不便于移动,为实现康复机器人的家用与便携化,设计了一种新型便携式二自由度腕关节康复机器人.该机器人采用气动肌肉对驱动的方式完成辅助患者腕部屈/伸的康复训练,采用微型电机驱动腕部摇摆功能的运动训练.最后,对所设计的装置进行了运动学分析与Matlab仿真,验证了设计方案的可行性.

关键词：康复机器人运动学气动肌肉便携式腕关节

一种保护青少年脊柱健康的减重背包设计与研究

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图学学报 2022年第5期43卷 948-956页

作者：秦榕涂细凯甘畅李肖湖北工业大学工业设计学院湖北武汉430068 湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

目前市面上的青少年背包主要通过肩部来进行载荷,而忽略了腰部载荷的作用。背包长期负重不当会影响脊柱生长。为了平衡肩部、腰部和臀部的载荷,设计一种通过臀部带和弹性杆结构改变重力传递方式的减重背包。首先对人体背包进行生物力学... 详细信息

目前市面上的青少年背包主要通过肩部来进行载荷,而忽略了腰部载荷的作用。背包长期负重不当会影响脊柱生长。为了平衡肩部、腰部和臀部的载荷,设计一种通过臀部带和弹性杆结构改变重力传递方式的减重背包。首先对人体背包进行生物力学分析,提出设计方案;然后借助ADAMS对传统背包与减重背包在平地、上坡、下坡3种路况下进行人体肩部、腰部和臀部载荷的动力学仿真,并利用MATLAB对2种背包的肩部、腰部和臀部的力矩进行分析。结果表明减重背包减轻了肩部6.1%和腰部5.4%力矩;减重背包肩部力矩与腰臀部合力矩的比值是4.17,而传统背包的比值是6.58。减重背包减少了肩部和腰部的载荷,同时发现肩部力矩与腰、臀部合力矩的比值越小,转移到臀部的力矩越大,背包的平衡性越好,表明了减重背包优于传统背包。

关键词：保护脊柱腰背部疼痛减重背包重力传递青少年臀部带

同方期刊数据库

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基于坐立转换运动轨迹的如厕辅助装置设计

中国康复理论与实践 2021年第7期27卷 844-851页

作者：李远利涂细凯胡世超李肖湖北工业大学工业设计学院湖北武汉市430068 湖北工业大学机械工程学院湖北武汉市430068

目的基于人体坐立转换运动轨迹设计一种符合人机工程学的如厕辅助装置,以提高老年人如厕的安全性和舒适性。方法2020年10月至11月,使用惯性测量单元对12例健康受试者进行坐立转换试验,获取不同速度下运动轨迹,并与现有研究的运动轨迹在... 详细信息

目的基于人体坐立转换运动轨迹设计一种符合人机工程学的如厕辅助装置,以提高老年人如厕的安全性和舒适性。方法2020年10月至11月,使用惯性测量单元对12例健康受试者进行坐立转换试验,获取不同速度下运动轨迹,并与现有研究的运动轨迹在0°、10°、20°、30°和40°倾角坐姿下进行马桶座圈有限元压力比较,以及站立后平衡分析。20例20~60岁的健康人采用本装置进行如厕体验。结果在4个倾角坐姿下,本研究运动轨迹对马桶座圈的压力小于现有研究的运动轨迹;坐立转换过程中,质心轨迹的垂直投影位于压力中心范围内,满足站立平衡条件。如厕体验多数指标为满意以上。结论提出一种新的坐立运动轨迹,基于该运动轨迹设计的如厕辅助装置平稳舒适。

关键词：如厕辅助设备坐立转换运动轨迹人机工程学有限元分析

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配电机器人剥线器的RLS阻抗力控制算法

机械科学与技术 2021年第10期40卷 1508-1514页

作者：徐显金胡世超杨宇航涂细凯湖北工业大学机械工程学院武汉430068

针对配电机器人剥线过程中导线线芯易受损问题提出一种适合末端剥线器的基于阻抗控制的切进力跟踪控制算法。目前很多阻抗控制无法完成环境刚度突变的任务要求,针对配电机器人工作环境刚度的复杂性,在阻抗控制算法中引入递推最小二乘法(... 详细信息

针对配电机器人剥线过程中导线线芯易受损问题提出一种适合末端剥线器的基于阻抗控制的切进力跟踪控制算法。目前很多阻抗控制无法完成环境刚度突变的任务要求,针对配电机器人工作环境刚度的复杂性,在阻抗控制算法中引入递推最小二乘法(RLS)对导线绝缘层和线芯刚度进行在线辨识实现对切进力的精确稳定跟踪,并在MATALAB/Simulink中对配电机器人剥线环节的阻抗力控制算法和提出的基于RLS的阻抗算法进行对比仿真试验。仿真结果显示,基于RLS参数辨识的力控算法在环境刚度突变的情况下依然有着较好的力跟踪性能,且稳态误差趋近于零,试验结果的对比显示了RLS阻抗控制算法的可行性和有效性。

关键词：剥线器递推最小二乘法参数辨识阻抗

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具有关节力矩反馈的上肢康复机器人设计

机械设计与制造 2018年第5期 239-242页

作者：李建龚发云汤亮涂细凯湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068 湖北工业大学工业设计学院湖北武汉430068

康复机器人关节的驱动方式和结构设计对控制性能和成本影响较大。提出并验证一种具有低成本、结构紧凑特点和关节动态力矩检测功能的机械设计,并此基础上设计了一款简洁的轻质可穿戴双侧四自由度上肢外骨骼。为了验证驱动关节和整体外... 详细信息

康复机器人关节的驱动方式和结构设计对控制性能和成本影响较大。提出并验证一种具有低成本、结构紧凑特点和关节动态力矩检测功能的机械设计,并此基础上设计了一款简洁的轻质可穿戴双侧四自由度上肢外骨骼。为了验证驱动关节和整体外骨骼设计的有效性,对其结构设计进行了阐述,并对其分别进行了运动学和动力学建模,通过Matlab对终端活动范围进行了仿真,并对样机的单关节和整体性能进行了测试,实验数据显示这种驱动关节和康复机器人设计表现出较好的控制性能,有良好的研究前景。

关键词：上肢外骨骼康复机器人关节驱动方法卒中康复双侧外骨骼动力学建模

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马桶座圈的造型与舒适性设计研究

包装工程 2022年第4期43卷 120-127页

作者：李远利涂细凯向萌李肖湖北工业大学武汉430068 湖北美术学院武汉430205

目的为了满足马桶座圈造型美观性与使用舒适性的两者要求,提出一种将造型设计与有限元分析相融合的综合设计方法。方法首先根据感性工学原理归纳出马桶座圈造型的设计要素,初步设计了8种马桶座圈的造型方案,并采用语义差异法对各个方案... 详细信息

目的为了满足马桶座圈造型美观性与使用舒适性的两者要求,提出一种将造型设计与有限元分析相融合的综合设计方法。方法首先根据感性工学原理归纳出马桶座圈造型的设计要素,初步设计了8种马桶座圈的造型方案,并采用语义差异法对各个方案进行美观性感性意向评估,挑选了4种偏向于美观的造型方案,同时与人体模型装配进行有限元分析,以获取人体与马桶座圈之间的接触压力,然后使用层次分析法对设计方案的均值与压力数值进行综合评估,得出最优设计方案,最后通过30名测试者对最优设计方案进行实验测试。结论实验测试的结果与有限元分析的结果近乎吻合,表明了运用感性工学与有限元分析的综合设计方法,可以有效地帮助设计师设计出造型美观且使用舒适的产品,为相关的设计研究提供了参考指导。

关键词：马桶座圈造型设计舒适性感性工学有限元分析层次分析