全方向康复步行训练器的可靠轨迹跟踪控制

全方向康复步行训练器(Omnidirectional Rehabilitative Training Walker,简称步行器)在实际使用过程中,某个执行电机可能会发生安全失效,从而影响训练者的安全。针对这种问题,基于冗余自由度思想,采用封锁故障执行器的方法,解决了全方向康复步行训练器的可靠轨迹跟踪控制问题。此方法避免了常规容错控制方法估计故障的保守性,利用无故障执行器实现了康复者的安全跟踪训练。通过构造Lyapunov函数,保证了跟踪误差系统在全局坐标系下的渐近稳定性,并得到了可靠控制器的表达形式。仿真结果表明,当某一个执行器发生故障时,所设计的控制器能实现步行器的稳定运行,保障康复者的安全。

全方向步行康复训练器的鲁棒容错跟踪控制

针对全方向步行康复训练器应用时元器件发生不可预见的失效情况,提出了非线性鲁棒容错控制器的设计方法,研究了全方向步行康复训练器的鲁棒容错跟踪控制问题.通过在控制器中增加补偿矩阵,无论执行电机是否发生故障,全方向步行康复训练器均能够跟踪理疗师制定的训练路线.构造了能量存储函数和适当的评价信号,基于γ耗散不等式推导得出了鲁棒控制器,使系统的跟踪误差在全局坐标系下达到渐近稳定,且满足非线性L2增益性能指标.仿真结果表明,新的设计方法具有一定的可行性和有效性.

全方向康复步行训练机器人的跟踪控制

针对全方向康复步行训练机器人在跟踪运动过程中x轴、y轴和方向角各轨迹之间存在强耦合的问题,提出了速度跟踪控制器设计方法,从而使全方向康复步行训练机器人能同时实现各个方向理想的跟踪效果.在全方向康复步行训练机器人动力学模型和运动学模型的基础上,采用输入-输出线性化方法,通过模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程,设计速度跟踪控制器,实现速度的解耦控制.将速度控制器与非线性反馈控制律相结合,可以实现对运动轨迹的跟踪.仿真实验表明,本文方法具有一定的有效性,解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪的问题.

全方向康复步行训练机器人具有死区补偿的反步有限时间控制

为了解决死区影响全方向康复步行训练机器人系统的跟踪精度问题,提出了一种具有死区补偿的反步有限时间控制方法。考虑系统的未知死区,利用自适应方法估计死区宽度,获得死区信息并对其进行补偿,从而有效抑制了死区对系统跟踪性能的影响,避免了系统发生极限环振荡。为了防止机器人初始运动阶段产生较大的跟踪误差而影响康复者的安全,提出了反步有限时间控制方法,确保跟踪误差系统在有限时间内达到稳定。基于Lyapunov有限时间稳定理论,给出了误差系统的稳定条件及稳定时间。与速度和加速度同时约束的控制方法进行了仿真和实验对比,结果表明:所提的控制器设计方法可使系统的跟踪误差在大约8s后趋向于0,机器人在有限时间内实现了对指定轨迹的稳定跟踪,解决了速度和加速度同时约束的控制方法不能使机器人稳定地跟踪训练轨迹、无法解决系统死区的问题;所提的有限时间控制方法能使系统误差快速收敛,有效解决了死区对系统性能的影响,提高了机器人的跟踪精度和安全性。

新型下肢康复步行训练器对脑卒中患者的临床应用疗效研究

目的:设计并探讨新型下肢康复步行训练器对脑卒中偏瘫患者康复训练的临床疗效。方法:辅助训练器可模拟脑卒中偏瘫患者日常行走锻炼,帮助患者进行室内外步行功能恢复训练。将此设备应用于我院2019-01~12收治的60例脑卒中偏瘫患者,其中男26例,女34例,年龄40~73岁,平均(59.24±5.54)岁。2018-01~12我院收治60例脑卒中偏瘫患者未使用下肢康复步行训练器的患者为对照组,其中男32例,女28例,年龄43~76岁,平均(59.24±5.54)岁。康复训练2、6、12个月后使用Fugl-Meyer法对下肢运动功能(FMA)评分、徒手肌力测试法(MMT)分级Kendall百分比法评分、Berg平衡功能量表(BBS)评分。结果:两组脑卒中偏瘫患者康复治疗前的FMA、MMT和BBS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05);使用新型辅助训练器训练2、6、12个月后FMA、MMT和BBS评分均显著高于康复锻炼前,差异具有统计学意义(P<0.05或P<0.01);使用新型辅助训练器组患者的FMA、MMT和BBS评分显著高于未使用辅助训练器组(P<0.05或P<0.01)。结论:使用新型辅助训练器对脑卒中偏瘫患者进行康复锻炼后,患者肢运动功能、徒手肌力和平衡能力得到了明显的改善,通过本研究期望能为临床脑卒中偏瘫患者的临床康复提供帮助。

简易呼吸训练器在AECOPD康复治疗中的疗效观察

目的观察简易呼吸训练器在慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)急性加重期呼吸康复治疗中的疗效,探讨其在呼吸康复治疗中的可行性。方法选取2018年1月-2018年12月在福建医科大学附属协和医院呼吸科门诊及住院的慢阻肺急性加重期患者60例,分为治疗组和对照组。治疗组在镇咳、祛痰、抗感染、支气管扩张剂、糖皮质激素、吸入剂、雾化、氧疗等常规治疗的前提下给予简易呼吸训练器进行呼吸功能锻炼,两组的治疗前后评估第一秒用力呼气流量(FEV_(1)%)、6分钟步行试验(6MWT)、CAT评分(COPD assessment test)和改良英国MRC呼吸困难指数(mMRC评分)。结果治疗后两组患者6MWT、CAT及mMRC评分指标均较治疗前有改善(P<0.05),治疗后治疗组6MWT、CAT评分的改善程度优于同期对照组水平(P<0.05)。治疗后两组患者FEV 1%值与治疗前相比,差异无统计学意义(P>0.05),与同期对照组组间比较无统计学意义(P>0.05)。患者对呼吸锻炼的满意度评分为90.45±7.08分。结论采用简易呼吸训练器对慢阻肺急性加重期患者进行呼吸功能锻炼是安全有效、满意度高,适用于临床推广、应用。

速度受限的全方向康复步行训练机器人Backstepping补偿跟踪控制

全方向康复步行训练机器人需要跟踪医生指定的训练轨迹、针对运动过程中速度过快而影响康复者安全性问题,提出一种基于Backstepping补偿方法的速度受限型控制器设计方案,目的是保证康复者的安全训练.通过限制实际运动速度的幅值,并根据所提出轨迹跟踪误差和速度跟踪误差的实时补偿方法,实现了全方向康复步行训练机器人在安全速度下的轨迹跟踪.基于李亚普诺夫稳定性理论和La Salle不变性原理,证明了补偿误差系统和跟踪误差系统的渐近稳定性.通过仿真结果对比分析,表明了所提控制器设计方法的有效性和可行性.