一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人设计

针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节运动原理,进行绳驱动关节张力分析,运用D-H法建立机器人的运动学模型,分析正运动学,通过ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,运用CUBSPL函数作为驱动得出各关节的力矩变化,为后面各个关节电机的选型提供依据。

基于RT-Thread操作系统的上肢康复外骨骼控制系统

针对自主开发的六自由外骨骼式上肢康复机器人,设计了一种基于直流电机和实时多线程(RT-Thread)操作系统的多电机控制系统。该装置由硬件系统和软件系统部分构成。硬件系统将STM32F767作为控制器模块,可以实现外骨骼的姿态信号采集和电机控制。控制器内部集成CAN控制器和TJA1050收发器。软件系统在RT-Thread嵌入式操作系统上搭建,可实现操作系统多线程的CAN驱动移植和上肢外骨骼机器人的运动控制。经过试验证明,该系统有很好的实时性,多线程切换稳定,可以准确控制上肢外骨骼机器人的运动。

上肢康复外骨骼的设计与人机相容性分析

对于上肢运动障碍的脑卒中患者,上肢康复外骨骼是弥补人工康复训练不足、降低医师工作强度的关键设备。针对盂肱关节的瞬变转心属性,采用高等机构学理论,对上肢康复外骨骼进行构型综合,综合出多种肩关节环链Θs和肘前臂环链Θef构型组合,基于构型优选原则,遴选出人机相容性较好的兼容型外骨骼构型。在此基础上,设计并研制含重力平衡系统的上肢康复外骨骼Co-Exos,将弹性元件引入被动滑动副,以改善引入被动关节而产生的不确定性和运动协同性。基于盂肱关节的运动学模型,建立了肩关节环链Θs的人机相容性模型,同时,提出一种追踪和补偿盂肱关节竖直方向位移的方法,将外骨骼Co-Exos与上臂简化为变杆长的导杆机构,推导出被动副的运动学模型。搭建人机相容性试验平台,测量人体上肢在抬升过程中被动副的位移曲线,通过与被动副的理论位移曲线对比可知,肩关节环链Θs和兼容型人机闭链均可补偿与追踪盂肱关节大部分空间位移变化,尤其对竖直方向位移补偿效果最佳,因此,外骨骼Co-Exos与人体上肢具有较好的人机相容性。

一种轮椅平台的上肢外骨骼康复机器人的研究

目的:针对现有上肢康复机器人由于体积庞大、移动不便导致上肢功能障碍患者难以在最佳时期介入康复治疗的问题,本研究设计一种以轮椅为平台的轻便式上肢外骨骼康复机器人。方法:根据人体运动学和动力学特性确定合适的机械结构参数并完成整体机械设计;以嵌入式为平台开发上肢康复机器人控制系统,利用自适应PID控制算法解决上肢康复机器人机交互问题;通过上位机软件绘制运动轨迹和关节角度、速度和力矩的变化曲线,验证设计指标达标情况。结果:该上肢外骨骼康复机器人肩关节屈伸、收展以及肘关节伸屈运动范围在人体对应关节运动范围的60.67%—81.10%,肩关节屈伸电机输出力矩0—18Nm,肘关节屈伸电机输出扭矩在0—14Nm。结论:该上肢外骨骼康复机器人设计合理,人体穿戴方便舒适、各关节运动范围、输出力矩符合人体运动特性,且操作简单,移动方便,可帮助上肢功能障碍患者进行被动、主动和助力康复训练。

SEMG测量电路在外骨骼上肢康复机器人中的应用

SEMG是一种复杂且微弱的生理信号,在其检测过程中存在许多影响检测精度和可靠性的因素。通过分析表面肌电信号采集过程中的噪声源,针对信号幅值小,信噪比低,易受干扰,难以准确获取的特点,设计了前端采集及信号处理电路,经过滤波、屏蔽、隔离等措施,用于外骨骼上肢康复机器人中拾取前臂的SEMG信号。实验表明,该电路能够有效滤除噪声,抑制工频干扰,满足SEMG信号的测量要求。

外骨骼式上肢康复机械臂控制系统的研究

随着科学技术的发展,许多辅助类机械人开始得到普及和应用,无人配送小车、无人飞机以及机械狗等一系列机械人设备被投放到市场中,而该课题将会以外骨骼式上肢康复机械臂为研究对象,建立被控制对象的数学模型,实现对上肢机械臂的控制。研究人员搭建了1套外骨骼式上肢康复机械臂平台,外骨骼式上肢康复机械臂主控制系统由上位机和下位机组成,上位机主要负责交互以及发送指令,下位机则负责根据上位机的指令对外骨骼式上肢康复机械臂进行控制。

外骨骼式上肢康复训练机器人设计

简要介绍了外骨骼式上肢康复训练机器人外观设计背景及目的,进行了设计调研及设计定位,并提出了外观设计的三个方案,通过比较,选用体验更为舒适的方案设计。

六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计

获得及时且有效的康复训练已成为偏瘫或者截瘫病人的迫切需求,然而康复医师匮乏、康复设备落后却是患者康复的主要障碍。但如何设计一款可以替代康复医师对患者进行康复训练的机器人并制定有效的康复训练控制方法是目前亟待解决的难题。外骨骼机器人,通常包括助力型外骨骼机器人和医疗康复型外骨骼机器人,是一种能穿在人身上,提供额外的动力的机械装备,可以跟随人体运动,并承担主要负荷,增强人体机能。本文探讨了六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计,并提出了实用性应用措施,为此类机器人设计水平提升提供参考依据。

一种上肢外骨骼康复机器人的控制系统研究

为帮助上肢功能障碍患者进行康复训练,本文设计了一种4自由度上肢外骨骼康复机器人,并实现了语音和肌电两种控制方案。本文基于RSC-4128语音芯片,实现了对特定人的识别。另外自制表面肌电(sEMG)信号采集电极,采集sEMG信号,并通过信号处理、时域特征提取、固定阈值算法等实现模式识别,还利用脉冲宽度调制(PWM)算法实现了对系统运动速度的调节。最后,对系统进行了语音和肌电控制的测试。结果表明语音控制平均识别率达93.1%,肌电控制平均识别率达90.9%,验证了系统控制方案的可行性,为上肢康复机器人控制系统的进一步完善奠定了理论基础。

基于模糊补偿的主从式上肢外骨骼康复机器人训练控制方法

针对主从式上肢外骨骼康复机器人主臂信息获取、从臂快速响应等问题,提出了基于关节位姿、速度和力/力矩等信息的运动意图建模方法及基于模糊补偿的康复训练控制策略.根据人体工程学原理,提出了一种同构同型的主从式双臂康复机器人新型结构;利用D-H算法给出了笛卡儿空间的主从臂运动学模型,建立了患者健肢运动意图信息和从臂各关节动作的人机协作映射关系;以患者运动意图力矩作为输入,基于模糊补偿算法提出了患者-主臂-从臂协作控制策略,并利用李亚普诺夫定理证明了该控制系统的稳定性.仿真结果表明,康复机器人从臂可以根据患者运动意图跟随主臂运动,能有效地防止抖动误动,可避免对患肢的二次伤害.实验结果表明从臂运动轨迹平滑,无剧烈波动,控制轨迹跟踪主臂效果好.

不确定机器人系统无模型自适应滑模控制方法

为了弥补不确定机器人系统模型不准确、参数时变的问题,该文提出了一种数据驱动的无模型自适应滑模控制方法。利用一种新的动态线性化方法转换不确定机器人动力学模型。采用数据驱动无模型自适应控制方法设计控制器。引入离散滑动模态指数趋近律保证其收敛性。以五自由度外骨骼上肢康复机器人为仿真对象,通过Sim Mechanics进行仿真实验。结果证明即使在无法建立准确模型的情况下,该文所提出的无模型自适应滑模控制方法也可使不确定时变的机器人系统沿着给定的轨迹运动且系统稳定。仿真结果证明了该方法的可行性。