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康复外骨骼的人-机重力平衡策略

北京工业大学学报 2018年第11期44卷 1376-1384页

作者：李剑峰赵朋波张雷雨陶春静季润刘钧辉北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室北京100124 国家康复辅具研究中心北京100176

针对一种上肢康复外骨骼,提出了2种被动人-机重力平衡策略,以减小关节负载力矩、降低驱动电机功率.采用2套零初长弹簧单元作为重力平衡装置,以人-机系统在任意位姿下的势能总和保持恒定为理论依据,推导出人-机系统的完全重力平衡模型.... 详细信息

针对一种上肢康复外骨骼,提出了2种被动人-机重力平衡策略,以减小关节负载力矩、降低驱动电机功率.采用2套零初长弹簧单元作为重力平衡装置,以人-机系统在任意位姿下的势能总和保持恒定为理论依据,推导出人-机系统的完全重力平衡模型.为简化平衡系统及避免发生干涉,仅引入单套零初长弹簧单元,以人-机系统在给定运动范围内势能变化最小为优化目标,施以约束条件,对弹簧安装位置及劲度系数进行优化设计,实现人-机系统的部分重力平衡.通过计算人-机系统各位姿下的关节力矩,对2种平衡方式下的算例进行了对比分析.结果表明:完全平衡后各关节重力矩被完全消除,部分平衡后各关节重力矩被大部分消除,验证了2种平衡策略的合理性.

关键词：康复外骨骼完全重力平衡部分重力平衡零初长弹簧单元遗传算法

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上肢康复外骨骼机器人的模糊滑模导纳控制

机器人 2018年第4期40卷 457-465页

作者：吴青聪王兴松吴洪涛陈柏南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 东南大学机械工程学院江苏南京211189 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

为了辅助上肢运动功能障碍患者进行不同模式的康复训练,基于上肢康复外骨骼机器人系统,提出了一种模糊滑模导纳控制策略,实现训练过程的人机协调控制.首先,介绍了康复外骨骼的整体结构和实时控制平台.然后,分析了模糊滑模导纳控制算法... 详细信息

为了辅助上肢运动功能障碍患者进行不同模式的康复训练,基于上肢康复外骨骼机器人系统,提出了一种模糊滑模导纳控制策略,实现训练过程的人机协调控制.首先,介绍了康复外骨骼的整体结构和实时控制平台.然后,分析了模糊滑模导纳控制算法的推导过程,并根据李亚普诺夫稳定性判据证明系统的稳定性.最后,在不同系统导纳参数条件下,分别进行被动训练模式和主动训练模式实验,并对比分析了实验过程中运动偏差、人机交互力以及肱二头肌表面肌电信号的变化特点.实验结果表明,选择合适的目标导纳模型可以优化康复训练强度与难度,提高人机交互柔顺性与患者参与度,满足不同瘫痪程度和康复进度患者的训练需求.

关键词：上肢康复外骨骼模糊滑模导纳控制人机交互柔顺性

一种多自由度康复外骨骼机械臂的虚拟分解控制

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机械工程学报 2022年第9期58卷 21-30页

作者：程杨潘尚峰清华大学机械工程系北京100086

为满足脑卒中患者康复训练的需求,康复外骨骼机械臂需要具有多个自由度。项目采用的康复外骨骼机械臂具有5个自由度,排除运动相对独立的腕关节,仍需要对机械臂剩余4自由度进行高精度控制,从而保证患者康复的安全性、舒适性及康复的有效... 详细信息

为满足脑卒中患者康复训练的需求,康复外骨骼机械臂需要具有多个自由度。项目采用的康复外骨骼机械臂具有5个自由度,排除运动相对独立的腕关节,仍需要对机械臂剩余4自由度进行高精度控制,从而保证患者康复的安全性、舒适性及康复的有效性。多自由度串联机械臂具有高度的非线性,增加了其建模控制的复杂程度。利用虚拟分解控制理论,将复杂系统分解为几个简单的子系统进行分析及控制,再将所有子系统控制器组建成系统虚拟分解控制器,降低其动力学建模复杂程度,大大控制减少计算量,便于提高系统响应性。采用Simulink与ADAMS对机械臂进行联合控制仿真及实物试验,与采用固定重力补偿的PID控制方法进行了对比。结果表明,对于高度非线性系统,虚拟分解理论的控制效果比PID方法好。

关键词：虚拟分解控制康复外骨骼串联机械臂非线性系统

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康复外骨骼人机约束处六维力传感器设计

机械设计与制造 2013年第1期 23-25页

作者：袁树峥张自强高文秀李剑锋北京工业大学机械工程及应用电子技术学院北京100124

为获取康复外骨骼与人体连接处的接触力信息,根据人-机连接约束情况,设计了一种Stewart型六维力传感器的结构。通过对传感器进行模型分析、结构参数优化和柔性铰链的刚度分析,得到传感器的结构尺寸;采用有限元方法对传感器进行静力和模... 详细信息

为获取康复外骨骼与人体连接处的接触力信息,根据人-机连接约束情况,设计了一种Stewart型六维力传感器的结构。通过对传感器进行模型分析、结构参数优化和柔性铰链的刚度分析,得到传感器的结构尺寸;采用有限元方法对传感器进行静力和模态分析,得到传感器的应力云图、模态振型和固有频率,结果表明该传感器具有较高的灵敏度和固有频率等特点,满足康复外骨骼的测量要求。

关键词：康复外骨骼六维力传感器柔性球铰有限元方法

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上肢智能康复外骨骼的设计与仿真

兵器装备工程学报 2022年第6期43卷 248-254页

作者：马泽管小荣李仲李灿南京理工大学机械工程学院南京210094

为协助上肢功能受损康复患者康复,设计了一种能够实现肘部屈伸与内外旋,肩部屈伸与一定角度下内外旋和外展内收运动,并具有长度可调、质量轻、舒适性较好的上肢康复外骨骼结构。对此结构采用D-H方法进行运动学分析,求出正逆解和运动范... 详细信息

为协助上肢功能受损康复患者康复,设计了一种能够实现肘部屈伸与内外旋,肩部屈伸与一定角度下内外旋和外展内收运动,并具有长度可调、质量轻、舒适性较好的上肢康复外骨骼结构。对此结构采用D-H方法进行运动学分析,求出正逆解和运动范围空间,使用凯恩方程法进行动力学分析,求出具体情境下各关节理论驱动转矩值,最后,设计了模糊自适应鲁棒控制器,保证在模型建模不确定性及摩擦条件下的渐近输出跟踪性能,以实现对外骨骼关节运动轨迹的高精度控制。为优化完善康复外骨骼,进行智能外骨骼康复系统功能的搭建提供了平台。

关键词：康复外骨骼 D-H运动学凯恩方法补偿控制

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面向儿童的下肢康复外骨骼机器人研发进展

中国康复医学杂志 2021年第11期36卷 1445-1449页

作者：陶璟霍宇飞于随然上海交通大学机械与动力工程学院上海市200333

我国儿童康复面临专业人才不足,国产专门化医疗器械及先进康复技术匮乏的严峻问题,严重影响了儿童康复实践工作的开展。一些先进国家已开始儿童康复外骨骼技术的探索并取得一定成果,证实了该技术原理可行性、临床有效性和良好的发展潜... 详细信息

我国儿童康复面临专业人才不足,国产专门化医疗器械及先进康复技术匮乏的严峻问题,严重影响了儿童康复实践工作的开展。一些先进国家已开始儿童康复外骨骼技术的探索并取得一定成果,证实了该技术原理可行性、临床有效性和良好的发展潜力。因此,面向儿童的外骨骼康复系统研发不仅是面向切实人民需求的,也是我国在先进机器人和康复医疗技术领域取得话语权和核心竞争力所必要的。本文首先分析了现有常规儿童运动康复治疗方法的局限性,在此基础上综述了现有儿童下肢康复外骨骼系统技术特点及其临床应用进展和初步结论,进一步分析了儿童康复外骨骼机器人关键共性研究问题和特性研发技术难点,为我国自主研发该类技术和系统提供依据。

关键词：外骨骼机器人儿童康复康复外骨骼核心竞争力康复医疗医疗器械共性研究康复技术

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三自由度上肢康复外骨骼结构设计与仿真

广西大学学报（自然科学版） 2022年第3期47卷 683-691页

作者：丁江陈磊付兵农卫航林德智广西大学机械工程学院广西南宁530004 广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西南宁530004 广西机电职业技术学院机械工程学院广西南宁530007

针对目前康复外骨骼存在结构设计复杂、价格高昂等不足,设计了一种结构简单、价格低廉、可批量定制的新型三自由度上肢康复外骨骼;首先,根据脑卒中患者的康复功能需求分析,设计了一款便携性上肢康复外骨骼,并与国内外主流康复外骨骼的... 详细信息

针对目前康复外骨骼存在结构设计复杂、价格高昂等不足,设计了一种结构简单、价格低廉、可批量定制的新型三自由度上肢康复外骨骼;首先,根据脑卒中患者的康复功能需求分析,设计了一款便携性上肢康复外骨骼,并与国内外主流康复外骨骼的价格进行了对比;其次,基于Denavit-Hartenberg(D-H)参数法建立了连杆坐标系,推导了运动学方程并给出了验证;然后,采用蒙特卡洛法对末端位姿工作空间进行求解,利用仿真软件绘制了工作空间点云图;最后,利用ADAMS对康复外骨骼进行了运动学仿真实验,验证了运动学分析的可靠性。结果表明,上肢康复外骨骼结构设计合理,能够满足上肢运动功能障碍患者的主动康复训练要求。

关键词：康复外骨骼三自由度蒙特卡洛法运动学仿真

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实用型康复外骨骼机械手的机构设计与分析

合肥工业大学学报（自然科学版） 2019年第4期42卷 433-438页

作者：王勇杨岩江陈楠刘正士合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

针对脑卒中患者在康复期缺乏合适手部训练装置的问题,基于耦合连杆机构可实现预定轨迹的原理,文章设计了一款实用型康复外骨骼机械手,该机械手采用单一驱动模式,可根据患者康复的情况改变训练方式,并且加入健肢训练以促进神经功能的恢... 详细信息

针对脑卒中患者在康复期缺乏合适手部训练装置的问题,基于耦合连杆机构可实现预定轨迹的原理,文章设计了一款实用型康复外骨骼机械手,该机械手采用单一驱动模式,可根据患者康复的情况改变训练方式,并且加入健肢训练以促进神经功能的恢复。为解决手指双自由度问题,设计了十三杆机构;依据正常人手抓握规律,优化了各杆件的尺寸和初始角度,并进行了关节角度仿真;最后通过样机的五指训练和角度测量试验,验证了该机械手的可用性和有效性。

关键词：康复外骨骼脑卒中手功能机构设计仿真分析

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一种混联式上肢康复外骨骼结构设计与分析

机械传动 2024年第4期48卷 51-59页

作者：王政刘芳华邵佳伟吴万毅狄澄江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212100

针对现有上肢外骨骼存在的精度、稳定性与外骨骼体积之间的平衡问题,提出了一种8自由度的混联式上肢康复外骨骼机器人;设计了一种新型的2自由度肘部康复装置,代替传统的单自由度肘部外骨骼,旨在更好地实现上肢运动障碍患者的肘部训练;... 详细信息

针对现有上肢外骨骼存在的精度、稳定性与外骨骼体积之间的平衡问题,提出了一种8自由度的混联式上肢康复外骨骼机器人;设计了一种新型的2自由度肘部康复装置,代替传统的单自由度肘部外骨骼,旨在更好地实现上肢运动障碍患者的肘部训练;设计了一种共轴球面的3RRR/S机构,用于手部康复,可使手部的康复训练更具包裹性。根据混联外骨骼机构确立坐标系,使用矢量环路法建立机构刚体部分的运动学模型,并通过蒙特卡洛法绘制机构工作空间云图,验证其满足康复训练所需空间要求。最后,通过Matlab对一典型运动进行轨迹规划,在Adams获得末端质心运动平稳轨迹,验证了其运动学分析和结构设计的合理性;并通过约束多余自由度仿真其最大负载姿态,绘制其负载特性曲线,为驱动选取和样机搭建奠定基础。

关键词：康复训练康复外骨骼运动学仿真混联机构