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踏轮式下肢康复训练床人机模型的建立和仿真研究

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装备制造技术 2022年第9期 9-14,33页

作者：韦海燕黄晓东邓盛深黄世玲广西大学机械工程学院广西南宁530004 南宁学院智能制造学院广西南宁530200

为实现精准康复,满足日益增多的因患病、运动神经损伤等导致下肢运动功能障碍的患者的康复需求,提出一种既适用于医院也适用于家庭的智能踏轮式下肢康复训练床。下肢康复训练床由床体和踏轮组成。床体包括床身和升降机构,床身分别由靠... 详细信息

为实现精准康复,满足日益增多的因患病、运动神经损伤等导致下肢运动功能障碍的患者的康复需求,提出一种既适用于医院也适用于家庭的智能踏轮式下肢康复训练床。下肢康复训练床由床体和踏轮组成。床体包括床身和升降机构,床身分别由靠背、坐板、腿板、脚板构成,升降机构由剪叉式升降机构和底座构成。踏轮整体采用“电动推杆+脚踏轮”方式,由翻转机构与电机模块组成。下肢康复训练床的三维建模,根据人体惯性参数和我国成年人人体尺寸等数据,分析人体关节的活动度,运用UG软件进行,建立多位姿人机模型,找出影响关节活动度的因素,利用MATLAB和ADAMS进行二因素三水平试验的联合仿真,得出关节角度随时间变化曲线,判断患者在进行下肢康复训练时髋关节、膝关节的角度范围是否在正常范围内。下肢康复训练床可以让患者采用多位姿的康复训练模式,从人机相容性和人机舒适性出发,建立坐卧和斜躺的人机模型并加以分析。

关键词：下肢康复训练床踏轮式人机模型仿真研究

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大中小学班集体建设的人机模型和统计分析

统计学与应用 2013年第1期2卷 37-50页

作者：徐沥泉无锡市教育科学研究院无锡

介绍对现代班级集体(下简称班集体)建设进行科学地考察与验收的计算机处理及其统计分析。主要涉及班集体建设结构要素调查问卷,数据的收集与初步整理,班集体母体参数的估计与检验,班集体建设等级评定的拟合良好性检验,和班集体结构要素... 详细信息

介绍对现代班级集体(下简称班集体)建设进行科学地考察与验收的计算机处理及其统计分析。主要涉及班集体建设结构要素调查问卷,数据的收集与初步整理,班集体母体参数的估计与检验,班集体建设等级评定的拟合良好性检验,和班集体结构要素与学生学习成绩的回归分析等。其中,只要把调查问卷和诊断表中相应的条款稍作适当调整,这一模型便适合于以班级授课制为基础的大、中、小学各级各类学校。

关键词：班集体人机模型统计分析

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人机建模及人机模型运动学分析

电子科技 2013年第12期26卷 127-130页

作者：顾绮芳陆丽婷无锡城市职业技术学院电子信息工程系江苏无锡214153

随着我国人口日趋老龄化,因各种原因导致大量老年人偏瘫和肢体残障。由于康复训练器对偏瘫和肢体残障患者的治疗和康复有明显效果,所以对康复训练器的研发就显得尤为重要和急迫。文中在充分分析人体下肢运动机理的基础上提出了一种适合... 详细信息

随着我国人口日趋老龄化,因各种原因导致大量老年人偏瘫和肢体残障。由于康复训练器对偏瘫和肢体残障患者的治疗和康复有明显效果,所以对康复训练器的研发就显得尤为重要和急迫。文中在充分分析人体下肢运动机理的基础上提出了一种适合国内人群的人体下肢刚体模型,并在此基础上将患者在训练过程中下肢屈伸运动与康复训练器的运动联系起来,抽象出两种平面闭环曲柄滑块人机模型。通过对人机模型的运动学分析,为患者进行被动训练时在人机结合的运动学方面提供了理论依据。

关键词：人机模型运动学人机建模下肢运动康复训练器

基于人机适应的下肢康复训练器人机建模与受力分析

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机械科学与技术 2014年第2期33卷 243-248页

作者：袁林甄红卫史小华侯慧娜王洪波燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 北京星航机电设备厂北京100074

从下肢康复患者的需要和节约成本出发,设计了一种人机融合性好、机械结构简单,具备功能性电刺激接口的脚踏车式下肢康复训练器。该训练系统能针对不同损伤程度的下肢残障者提供被动、主动、抗阻3种康复训练模式。根据人机适应(human ada... 详细信息

从下肢康复患者的需要和节约成本出发,设计了一种人机融合性好、机械结构简单,具备功能性电刺激接口的脚踏车式下肢康复训练器。该训练系统能针对不同损伤程度的下肢残障者提供被动、主动、抗阻3种康复训练模式。根据人机适应(human adaptive mechatronics,HAM)概念中在约束环境下对人机建模的思路进行动力学研究,在结合人体下肢运动机理的基础上提出了一种平面闭环铰链五连杆刚体模型,介绍了康复设备的结构,对主动踏车运转过程中踝关节的运动进行了分析和优化,基于平面闭环铰链五连杆分析了抗阻训练时人机系统的静力学,建立了数学模型。根据人体下肢模型建立了虚拟样机,并进行了动力学仿真,验证了前述分析的正确性。

关键词： HAM 下肢康复训练器人机模型静力学动力学仿真

基于人机工程学的上下肢康复训练器设计与分析

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基于人机工程学的上下肢康复训练器设计与分析

作者：侯慧娜燕山大学

学位级别：硕士

现代临床医学已经扭转了重治疗、轻康复的治疗理念，肢体残障患者对康复治疗质量的要求也越来越高，而康复医师缺口较大，这种供需不均衡使得对康复机器人的需求量越来越大。目前康复机器人的研究已成为各国学者和公司研究的热点，具有... 详细信息

现代临床医学已经扭转了重治疗、轻康复的治疗理念，肢体残障患者对康复治疗质量的要求也越来越高，而康复医师缺口较大，这种供需不均衡使得对康复机器人的需求量越来越大。目前康复机器人的研究已成为各国学者和公司研究的热点，具有重要的社会意义和研究价值。本文依据临床康复医学理论，提出了一种能够顺应临床康复训练规律、具有多种训练模式的康复训练器，可根据患者的不同康复阶段、不同康复要求提供被动训练、主动辅助训练、主动训练、抗阻训练以及功能性电刺激训练，并且还可以通过测力模式定量的分析患者的康复程度。本康复训练器结构简单、人机融合性好、移动方便、人机界面直观，可根据需要分别进行上肢和下肢康复训练。首先，基于人机工程学理论对康复训练器部分结构进行了设计，使得训练器更舒适、更容易操作。其次，结合人体上肢和下肢的运动特点和生理尺寸，将人肢体和康复训练器结合在一起分别简化出了上肢训练时空间四连杆机构刚体模型和下肢训练时平面四连杆机构刚体模型，并对人机模型做了运动学和动力学分析，建立了上肢训练时运动学数学模型和下肢训练时动力学数学模型。再次，基于HAM（人类自适应机电一体化）理论，简要提出了被动、主动辅助以及抗阻训练模式的控制策略。并利用ADAMS仿真软件对所建立的运动学和动力学数学模型进行了仿真验证。最后，借助CATIAV5中的人机工程分析模块将虚拟人体和训练器结合在一起，对分别在上肢和下肢训练时训练器的高度可调范围以及曲柄的长度等能否满足要求做了评估。分析了座椅与训练器的距离以及其高度的变化对肢体舒适度的影响，进而反映了康复效果的好坏。

关键词：康复训练器人机工程人机模型运动学动力学性能评估

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序列训练康复系统关键技术的研究

序列训练康复系统关键技术的研究

作者：马硕河北科技大学

学位级别：硕士

当今社会随着人口老龄化,生活不规律等因素引起的脑卒中,以及各种交通事故导致的运动功能障碍的人数都在增多,导致康复医师的数量已经远远不能满足患者的需求,而且传统的康复恢复治疗过程中对康复医师的体力、耐力都有着很高的要求,设... 详细信息

当今社会随着人口老龄化,生活不规律等因素引起的脑卒中,以及各种交通事故导致的运动功能障碍的人数都在增多,导致康复医师的数量已经远远不能满足患者的需求,而且传统的康复恢复治疗过程中对康复医师的体力、耐力都有着很高的要求,设备应在能够为患者提供安全有效保护的前提下,对患者进行康复训练使其恢复各个肢体器官的运动功能,因此智能化的康复训练系统就成了急需解决的问题。本文设计了一种康复序列训练法为设计基础,符合康复临床训练,并且具有能够对人体多部位进行训练,此外医师还能够根据患者的自身状态对患者需要康复的部位进行康复训练的设备。首先,根据序列训练法、康复医学理论知识和人机工程学的理论知识对康复训练设备的部分机构进行了设计,使得康复训练设备更加安全舒适,和易操作。其次结合序列训练法的要求和结合人体下肢的运动特点,简化出了两种运动状态下的人机刚体模型,并对人机模型进行了运动学分析并且建立了下肢在训练时的运动学数学模型。利用ADAMS仿真软件对人机刚体模型进行了仿真,并运用ANSYS软件对重要部位进行静力学分析。根据构件的受力情况,使其能够满足安全要求。控制方面以单片机为控制的核心,根据设计要求设计了各部分的驱动电路和传感器控制电路,并对电路进行仿真。设计实现了对康复序列训练法的应用,康复训练设备机构简单,制作成本低,人机融合性好,安全防护措施全面,可以进行一整套的康复训练序列法,也可以根据患者的患病部位进行针对性康复。能够大大的减少康复医师的工作强度,还能够减少患者对康复医师的需求量。目前在设计开发上取得了一定的研究成果,通过工程样机初步验证了康复训练设备的安全性和可靠性,但是还需要深入讨论和研究。最终将康复训练设备应用于临床。

关键词：康复序列训练法机构设计人机模型仿真控制

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下肢康复机器人设计及运动控制研究

下肢康复机器人设计及运动控制研究

作者：张辉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于中风、老龄化等因素引起的偏瘫患者日益增多,康复医师的数量相对较少,面临的压力与日俱增,并且传统的康复治疗过程多为繁重重复的体力活,治疗周期比较长,对医生的耐力有着很高的要求,因此迫切需要寻求代替品来代替医师帮助患者进行... 详细信息

由于中风、老龄化等因素引起的偏瘫患者日益增多,康复医师的数量相对较少,面临的压力与日俱增,并且传统的康复治疗过程多为繁重重复的体力活,治疗周期比较长,对医生的耐力有着很高的要求,因此迫切需要寻求代替品来代替医师帮助患者进行康复训练。康复机器人技术的发展,给医生带来了曙光,给患者进行康复训练带来了希望。本文在参考了大量的相关文献的基础上,设计一款简单易用的踏板式下肢康复机器人。在康复机器人结构设计上,本文对下肢传动机构进行了详细的分析,讨论了各种传动方式的利弊,综合考虑,采用了蜗轮蜗杆传动;对驱动方式进行了详细的探讨,确定了最终的电机驱动方案。传动方式和驱动方式确定之后,本文对人机交互力矩进行了估计,配合动力学仿真确定了所需电机的额定力矩和减速比,挑选了合适的伺服设备,最后给出了整机的三维图模型。为了患者可以更好地进行训练,本文在了解了人体下肢运动机理后,对人体下肢进行了简化,建立了人机一体化运动模型,基于此模型,利用矢量法建立了人机运动学模型,在matlab平台进行仿真验证了运动学模型的正确性;利用拉格朗日动力学方程建立了人机动力学模型,为接下来的控制算法的研究提供了理论基础。在控制算法上,本文把将要实现的三种控制模式分为两类,其中被动训练模式为位置控制,主动和助动训练模式为力控制。针对位置控制,本文详细的研究了PID控制算法和计算力矩法,并且对PID控制算法和计算力矩法进行了仿真,分析了仿真所得到结果的原因,并对运动控制进行了优化,使得下肢髋膝关节角速度变化比较均匀,没有剧烈的冲击感;针对力控制,本文详细的研究了阻抗控制、自适应控制、模糊控制以及它们之间组合的算法,在主动和助动训练模式下,利用阻抗控制算法进行了仿真,同时把患者的关节主动力当做扰动对PID和计算力矩法进行了仿真。仿真结果显示,在患者下肢有主动力存在时,电机驱动力矩会相应地减小,配合患者进行运动;当患者下肢的主动力足够带动自身运动时,电机便会施加反向力矩以增强患者的肌肉力量,而PID和计算力矩法却无法抵消过大的扰动,导致曲柄转速波动幅度较大。总体来说,本文提出的算法能够实现这三种运动模式。最后本文给出了系统总体控制方案,为以后进行硬件电路连接提供参考。

关键词：下肢康复机器人结构设计人机模型阻抗控制

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脚踏车式下肢康复训练器设计及研究

脚踏车式下肢康复训练器设计及研究

作者：甄红卫燕山大学

学位级别：硕士

康复机器人技术是近年来发展起来的一门新兴技术，是康复医学和机器人技术相结合的产物，经过几十年的发展已经取得了很大的成果。国外对康复机器人的研究比较发达，而我国在康复机器人领域的研究才刚刚起步，因此本课题的研究具有重要... 详细信息

康复机器人技术是近年来发展起来的一门新兴技术，是康复医学和机器人技术相结合的产物，经过几十年的发展已经取得了很大的成果。国外对康复机器人的研究比较发达，而我国在康复机器人领域的研究才刚刚起步，因此本课题的研究具有重要的现实意义和应用价值。本文基于临床康复理论，提出了一种人机融合性好、机械结构简单，同时能针对不同损伤程度的肢体残障者提供被动、主动、抗阻以及功能性电刺激训练模式的脚踏车式下肢康复训练器系统，研制了下肢康复训练器样机并详细介绍了其机械结构。在充分分析人体下肢运动机理的基础上提出了一种适合国内人群的人体下肢刚体模型，在此基础上将患者在训练过程中下肢踏车运动与康复训练器的运动联系起来，抽象出两种平面闭环铰链人机模型。对人机模型的运动学和静力学进行了分析，建立了运动学和静力学数学模型，并运用仿真软件对所建立的人机模型虚拟样机进行了运动学和动力学仿真。提出了单独对大腿或小腿进行电刺激时实现连续踏车运动的条件并分析了对大腿和小腿同时进行电刺激时二者之间的运动协调性问题，推导了大腿和小腿位姿之间的数学关系表达式。搭建了系统的硬、软件控制平台，优化了人机交互界面使其更加符合患者需求，实现了被动、主动以及抗阻三种训练模式。最后，对训练过程中采集的传感器信号进行了分析,初步验证了下肢康复训练器的安全性和可靠性。

关键词：下肢康复训练器机构设计训练模式人机模型运动学静力学仿真控制系统

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虚拟人的运动控制研究概述

中国民航学院学报 2003年第A2期21卷 161-164页

作者：贺怀清唐好选中国民用航空学院计算机科学与技术学院天津300300 哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

介绍了虚拟人的运动控制方法,提出了虚拟人运动控制需要解决的问题。

关键词：虚拟人运动控制人机模型