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踝关节康复系统控制策略研究

踝关节康复系统控制策略研究

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作者：刘高峰沈阳理工大学

学位级别：硕士

踝关节承受着人体全身的重量,是下肢关节中最重要的关节。对于罹患踝关节运动障碍的脑卒中患者而言,其踝关节长期处于足下垂的状态,如果不能及时接受康复治疗,将会产生不可逆的损伤。然而有限的康复医师数量往往导致患者错失最佳治疗时... 详细信息

踝关节承受着人体全身的重量,是下肢关节中最重要的关节。对于罹患踝关节运动障碍的脑卒中患者而言,其踝关节长期处于足下垂的状态,如果不能及时接受康复治疗,将会产生不可逆的损伤。然而有限的康复医师数量往往导致患者错失最佳治疗时机;同时繁重单调的康复任务也大大加重了康复医师的工作负担。随着机器人技术的进步,众多研究者将其与医疗康复技术相结合,促进了医疗康复机器人领域的迅速发展。为解决传统康复训练的不足,本课题设计了一套完整的踝关节康复机器人系统,可替代或协助医护人员,辅助患者进行康复训练。为将患者的主动运动意图加入到康复训练中,课题引入了表面肌电信号,利用肌电特征,通过GDBT算法对踝关节动作模式进行辨识,通过BP神经网络估计关节运动角度,并进行相关实验,实验结果表明估计曲线平滑连续,机器人可辅助患者对估计出的运动轨迹跟踪,实现交互控制。康复机器人与患者直接接触,当人机之间的交互力矩突然增大时,为保证安全,机器人应该表现出一定的柔顺性。针对此问题,进行了柔顺控制方法研究,设计了自适应刚度控制律和自适应阻尼控制律,并在踝关节康复系统上进行实验,实验结果验证了所用控制方法的有效性,系统可根据交互力矩的大小对康复机器人末端的角度、速度进行实时修正,可保证人机交互时的舒适性与安全性。最后,本课题结合康复医师的建议,针对不同病情的患者、患者在不同康复时期的具体情况,设计并实现了一整套丰富的康复与评估功能。

关键词：踝关节康复机器人人机交互肌电信息主动柔顺控制

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基于语音与肌电融合的多自由度假肢控制系统的研究

基于语音与肌电融合的多自由度假肢控制系统的研究

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作者：邹国栋中南大学

学位级别：硕士

残疾人数量日渐增多,其中肢体残疾者在这部分人群中占了很大比重。安装假肢成为了这部分人群的主要康复手段。开发出一种能够自主灵活控制的假肢对截肢者具有重要意义。肢体残疾者可用于假肢控制的肌肉是有限的,用传统的肌电控制方... 详细信息

残疾人数量日渐增多,其中肢体残疾者在这部分人群中占了很大比重。安装假肢成为了这部分人群的主要康复手段。开发出一种能够自主灵活控制的假肢对截肢者具有重要意义。肢体残疾者可用于假肢控制的肌肉是有限的,用传统的肌电控制方式实现假肢的多自由度控制非常困难。针对其肌电信息源不足的情况,本文提出利用语音信息与肌电信息“融合”的方式,实现多自由度机器假肢的仿生控制。此方法提高了现有假肢的操控能力、扩大了假肢的控制信号源范围、简化了训练过程。论文通过引入截肢者自身的语音信息补偿假肢肌电信号不足的问题。选定了3或6个中文关键词作为假肢关节或动作的切换信号,用一对或一个残留肌肉的电信号实现已选定关节内动作类型的切换或动作执行。通过大量实验得出,在两种操控方案下,肢体健全者动作完成率平均值在分别为91.18%±4.87%和94.64%±4.26%,截肢者动作完成率平均值分别为84.12±7.47%和98.41%±0.45%。结果表明：将语音信号作为肌电信号的补充引入假肢控制的方案实用可靠,可提高假肢操控性能,达到日常应用的水平。

关键词：语音信息肌电信息信息融合假肢控制

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单孔腹腔镜手术机器人交互设计研究

单孔腹腔镜手术机器人交互设计研究

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作者：张灿然天津大学

学位级别：硕士

使用医疗机器人进行外科手术正在医学领域领导一场新的革命,然而,医疗手术机器人目前在我国还没有得到广泛的应用,主要原因是技术难度大,操作难度高、人体适应性差,对医生的要求也高。为了解决上述问题,本文拟开发一种具有主操作手功能... 详细信息

使用医疗机器人进行外科手术正在医学领域领导一场新的革命,然而,医疗手术机器人目前在我国还没有得到广泛的应用,主要原因是技术难度大,操作难度高、人体适应性差,对医生的要求也高。为了解决上述问题,本文拟开发一种具有主操作手功能的新型交互设备,采集和记录实时运动信息作为操作技能、安全性的评价依据。从而减少了束缚感,增强了固定性,较大程度上缓解了常见主手操作系统的疲劳问题。首先,对用户需求进行分析,通过对实验室人员的访谈分析手术机器人需要采集的信号,同时对实验设备的性能进行评估,分析本文交互改进设计需要采集的信号及运用到的设备。其次,研究MTM动作编码相关技术基础,分析在置珠实验中可能涉及到的基础动作并作出说明。然后,说明新型交互设备运用的设计理念、采用的设备装置、设计结构以及实现的功能。最后针对涉及的可穿戴式设备设计置珠实验,验证实验设备的可用性,同时,借助SPSS20.0中文版软件验证生物信息与物理信息的关系。经过实验分析,可穿戴设备的设计基本上可以达到预期目的,同时发现人体的肌电信息与运动信息具有显著的相关性。依据研究结果设计的可穿戴式设备,可使医生在使用腹腔手术机器人的过程中减少肌肉疲劳,获得更加舒适的操作体验。设计的可穿戴式设备可为今后手术过程中人体的生物力学信息与运动信息的关联度分析构建的可行性、有效性提供依据,为医疗机器人领域相关的研究提供探索方向。在未来的研究中,作者将研究和发展新型可穿戴设备的功能,研究从产品开发到商业使用的全过程,完善和美化该次设计的产品。

关键词：交互 MTM编码肌电信息加速度信息

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