面向肩关节康复的气压驱动外骨骼机器人设计与康复动作规划研究

基于肩关节损伤病理进行分析,针对肩关节垂直轴与冠状轴的运动,设计了面向肩关节康复的气压驱动外骨骼机器人。结合肩关节损伤康复训练临床治疗方法与人体工程学原理,确定机器人肩关节的结构与运动范围;设计了气动摆动缸驱动系统,可提供机器人关节的反向驱动特性,提高康复训练的被动柔顺性。建立外骨骼康复训练机器人运动学模型,仿真得到机器人的工作空间,并与人体肩关节运动空间进行了对比。结果表明,设计的机器人工作空间能满足人体肩关节康复训练的需求。设计了康复训练机器人关节的独立与复合动作,可完成肩关节内旋/外旋、屈曲/伸展、够取运动等多种康复训练作业治疗。经试验验证,在样机按规划动作的运动轨迹运行中,气动摆动缸驱动的机器人关节运动平稳,轨迹跟踪误差满足康复训练要求,验证了外骨骼康复机器人结构设计的合理性和康复动作规划的可行性。

基于健肢刚度估计的康复机器人交互控制研究

针对康复训练过程中机器人与患者之间的人机交互性问题,文中基于患者健肢刚度估计及映射的思想,提出一种具有个性化治疗特征的人机交互控制方法。基于健肢表面肌电信号和人机接触力信息,建立具有患者自身完成日常动作特征的上肢末端刚度估计模型。设计刚度映射算法,根据健肢末端刚度动态调整机器人阻抗控制参数,结合人机接触力反馈,实现康复训练机器人与患肢交互的柔顺控制。研究结果表明:所提出的人机交互控制方法通过模拟患者健肢运动特性的康复训练机器人带动患肢,使得康复训练动作更加符合个人发力习惯,也有利于双侧肢体的运动一致性,可为临床的康复训练提供设计思路和实现方法。