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A new active rehabilitation training mode for upper limbs based on Tai Chi Pushing hands

Biomimetic Intelligence & Robotics 2024年第3期4卷 82-92页

作者： Xiangpan Li Liaoyuan Li jianhai han Bingjing Guo Ganqin Du School of Mechatronics Engineering Henan University of Science and TechnologyLuoyang 471003China Henan Provincial Key Laboratory of Robotics and Intelligent Systems Luoyang 471003China School of Automotive Engineering Hubei University of Automotive TechnologyShiyan 442002China Hubei Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronic Control Shiyan 442002China The First Affiliated Hospital of Henan University of Science and Technology Luoyang 471003China

Robot-assisted rehabilitation is a crucial approach to restoring motor function in the ***,the current training trajectory lacks sufficient theoretical or practical support,and the monotony of single-mode training is a *** Chi Pushing hands,a beneficial and effective daily exercise,has been shown to improve balance function,psychological state,and motor function of the upper extremities in patients recovering from *** address these issues,we propose a new active rehabilitation training that incorporates Tai Chi Pushing hands movements and yin-yang balance *** training trajectory and direction are encoded by the velocity field and consist of two processes:yang(push)and yin(return).During yang,the limb actively pushes the robot to move,while during yin,the limb actively follows the robot’s *** provide necessary assistance,an admittance controller with self-adaptive parameters is *** addition,we introduce two indexes,the‘Intention Angle’(ϖ)and the time ratio(Γ),to evaluate motion perception *** experiment was conducted on a 4-degree-of-freedom upper limb rehabilitation robot platform,and the subjects were separated into a familiar group and an unfamiliar *** experiment results show that the training could be completed well no matter whether the subject is familiar with Tai Chi Pushing hands or *** parameters and the movement of the robot can be adjusted based on the interactive force to adapt to the ability of the subject.

关键词： Tai Chi Push hands Velocity field Self-adaptive admittance Upper limb rehabilitation Active training

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基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法

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机械工程学报 2012年第11期48卷 136-145页

作者：刘延斌李志松韩建海河南科技大学机电工程学院洛阳471003

引入新支链的冗余驱动方法是目前减少或消除并联机构奇异的有效方法,如何确定所引入支链的结构形式、布置方式和最少支链个数是该冗余驱动方法的核心问题,然而关于这些问题至今尚没有系统的理论和方法。依据螺旋理论系统分析并联机构的... 详细信息

引入新支链的冗余驱动方法是目前减少或消除并联机构奇异的有效方法,如何确定所引入支链的结构形式、布置方式和最少支链个数是该冗余驱动方法的核心问题,然而关于这些问题至今尚没有系统的理论和方法。依据螺旋理论系统分析并联机构的约束奇异、驱动奇异和支链奇异三种奇异位形,强调位于工作空间内部的约束奇异和驱动奇异位形是对机构性能影响最为严重的位形,提出一种基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法,以3-RPR型、3-RRR型、4-RPTR型、3-RRRT型和3-RPS型等五种典型的并联机构为例,系统阐述该方法的设计过程。结果表明除了动平台和基平面重合的位形以外,该方法能够消除并联机构的其所有内部奇异位形。该成果为解决冗余驱动方法的关键理论问题提供了参考。

关键词：并联机构约束奇异驱动奇异奇异消除螺旋理论

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Intelligent Synthetically Sampling and Processing System for Hydraulic Engineering Parameters

Intelligent Synthetically Sampling and Processing System for...

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第五届流体传动与控制国际会议

作者： Guo Bingjing~* han jianhai Zhao Shushang School of Mechatronics and Engineering Henan University of Science and Technology Luoyang Henan China

＜正＞Aimed at the rapidity,on-line data sampling and the high real-time control requirement,an intelligent synthetically sampling and processing system used for hydraulic engineering parameters:pressure, flow and temperature is introduced in this *** system includes the sub-instruments based on 16-bit microprocessor,the two-level distribute manage interface,and the diagnostic expert *** on the hardware and software design,it makes the system have the functions of measuring,transmitting, processing,monitoring,displaying and *** meet the demand of automotive and intelligent in hydraulic surveying ＆ control system.

关键词： hydraulic engineering parameter intelligent sampling and processing system two-level distribute manage interface diagnostic expert system

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基于特征的异形弹簧几何形状的描述和表达

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中国机械工程 2006年第8期17卷 828-831页

作者：库祥臣李济顺王润孝韩建海西北工业大学西安710072 河南科技大学洛阳471003

分析和总结了异形弹簧的形状特征,提取出4种基本结构基元,并用链表记录这些基元的组合关系,解算了特征的空间位置,建立了异形弹簧完整的形状信息模型。这种描述和表达方式,为异形弹簧的三维建模和数控卷绕成形工艺信息的自动生成提供了... 详细信息

分析和总结了异形弹簧的形状特征,提取出4种基本结构基元,并用链表记录这些基元的组合关系,解算了特征的空间位置,建立了异形弹簧完整的形状信息模型。这种描述和表达方式,为异形弹簧的三维建模和数控卷绕成形工艺信息的自动生成提供了重要基础。

关键词：异形弹簧空间形状特征描述数据结构

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平行双轮电动车的建模与控制仿真

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中国机械工程 2005年第8期16卷 683-686页

作者：韩建海李航白玉川李济顺河南科技大学洛阳471003 洛阳北方企业集团公司洛阳471034

叙述了制作的平行双轮电动车的系统构成和数学模型的建立。根据线性系统理论,在Matlab环境下设计了状态反馈控制器,仿真结果表明了该系统的稳定性。通过对样机进行实际行走控制试验,验证了系统建模和控制器设计的合理性和有效性。

关键词：平行双轮电动车数学建模 Matlab仿真状态反馈

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一种新型气动柔软关节的研制

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机床与液压 2006年第5期34卷 81-82页

作者：熊克凯韩建海河南科技大学机电工程学院洛阳471003

提出了一种新型的气动柔软关节,叙述了该柔软关节的结构组成、工作原理和试验特性,它可同时利用正负压驱动产生形变,能够实现伸缩和弯曲运动。试验证明该关节具有良好的控制性能,能较好地模拟人手腕关节的运动。

关键词：柔软气动关节压力控制

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新型RR-RURU踝关节康复机器人机构的设计与分析

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中国机械工程 2019年第14期30卷 1734-1741页

作者：张彦斌荆献领韩建海陈子豪河南科技大学机电工程学院洛阳471003 河南省机器人与智能系统重点实验室洛阳471023 机械装备先进制造河南省协同创新中心洛阳471003

基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的... 详细信息

基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的运动螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性并给出其奇异位形;研究了机构的工作空间,得到其可达工作空间的三维图形。绘制出新型踝关节康复机器人的CAD模型,利用临床医学步态分析数据(CGA)得到其输出角位移曲线,并对其动力学进行了虚拟样机仿真。研究结果为该新型踝关节康复机器人的样机试制提供了理论基础。

关键词：踝关节康复机器人并联机构运动学分析奇异性工作空间

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上肢康复训练轨迹定制优化及柔顺跟踪控制

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工程科学与技术 2023年第2期55卷 194-203页

作者：李辽远韩建海李向攀郭冰菁杜敢琴河南科技大学机电工程学院洛阳河南471003 机器人及智能系统河南省重点实验室洛阳河南471003 机械装备先进制造河南省协同创新中心洛阳河南471003 河南科技大学第一附属医院神经内科洛阳河南471003

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。多数上肢康复机器人中,只将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,缺乏3维个性轨迹的光滑优化;此外,训练过程中的安全柔顺... 详细信息

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。多数上肢康复机器人中,只将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,缺乏3维个性轨迹的光滑优化;此外,训练过程中的安全柔顺交互的问题未得到解决。针对以上问题,本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯–普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。接下来,用非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational b–spline,NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(butterfly optimization algorithm,BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于径向基(radial basis function,RBF)神经网络的滑模自适应以及速度前馈加比例–积分–微分(proportional–integral–derivative,PID)的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳–阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证人机交互力较大时患者的安全。结果表明:定制机器人末端轨迹的拖动力在5 N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6 mm内;模式切换在0.3 s内响应,能顺应较大交互力,从而提高训练的安全性。

关键词：上肢康复蝴蝶优化算法轨迹定制轨迹优化轨迹跟踪控制

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基于免疫模糊PID算法的农机机器视觉研究

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农机化研究 2021年第6期43卷 223-226页

作者：田达奇韩建海王欣河南科技大学河南洛阳471000 河南工业职业技术学院河南南阳473000 国网南阳供电公司河南南阳473000

为了提高农机视觉系统的精度及无人驾驶农机的导航效率,将免疫模糊PID算法引入到了收割机视觉控制系统的设计中,通过PID控制器反馈误差后,利用免疫算法和模糊控制算法对导航追踪误差进行修正,从而有效地提高了导航的精度。为了验证该方... 详细信息

为了提高农机视觉系统的精度及无人驾驶农机的导航效率,将免疫模糊PID算法引入到了收割机视觉控制系统的设计中,通过PID控制器反馈误差后,利用免疫算法和模糊控制算法对导航追踪误差进行修正,从而有效地提高了导航的精度。为了验证该方法的可行性,设计了基于免疫模糊PID算法的农机导航追踪误差修正系统,并分别对不使用PID算法、单独使用PID算法和综合使用免疫模糊PID算法的农机导航误差进行了测试,结果表明:综合使用免疫模糊PID算法的农机导航误差最小,从而验证了方法的可靠性。

关键词：农业机械视觉系统免疫算法:PID算法导航系统模糊控制

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理疗师交互下的下肢康复训练机器人个性化步态规划方法

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机器人 2018年第4期40卷 479-490,499页

作者：郭冰菁韩建海李向攀张彦斌尤爱民河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南省机器人与智能系统重点实验室河南洛阳471003 机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003 河南科技大学第一附属医院康复中心河南洛阳471003

针对偏瘫患者的个体差异及病况差异,提出了一种理疗师交互下的下肢康复训练机器人步态规划方法,在理疗师-减重悬吊式康复训练机器人-患者三者共存的复杂环境中,理疗师穿戴主控外骨骼直接行走实现步态时空参数规划,并融入理疗师的医学经... 详细信息

针对偏瘫患者的个体差异及病况差异,提出了一种理疗师交互下的下肢康复训练机器人步态规划方法,在理疗师-减重悬吊式康复训练机器人-患者三者共存的复杂环境中,理疗师穿戴主控外骨骼直接行走实现步态时空参数规划,并融入理疗师的医学经验及对患者的评估.首先,基于旋量理论建立运动学模型,实现理疗师空间与机器人空间的运动映射;然后,统一规划机器人关节运动轨迹、减重机构重心调整轨迹及跑步机步速.最后,通过理疗师步态参数的实时采集、运动映射实验及机器人轨迹跟踪实验,验证了步态时空规划方法的有效性.结果表明,髋、膝关节规划角度在人体关节活动范围内,速度变化平稳,关节轨迹规划和重心调整规划均符合人体行走的生理特性.理疗师的参与实现了渐进康复训练中的个性化步态规划.

关键词：人机交互下肢康复训练机器人步态时空规划运动映射旋量理论

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