基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制

为满足脑卒中患者早期卧床康复需求,结合临床康复手法与人机工程学,设计了一款卧式康复机器人。该卧式康复机器人可以提供单腿屈髋屈膝运动、卧式步态运动、桥式运动等多种有效的康复动作。为确保训练的安全性以及改善在训练过程中由人机交互作用带来的舒适度和柔顺性差等问题,采用一种基于阻抗模型的柔顺控制方法。将人与机器人之间的交互视为一种虚拟的阻抗模型,即二阶质量-弹簧-阻尼模型,并基于该阻抗模型进行康复机器人的柔顺控制研究。该柔顺控制策略由外环阻抗控制器和内环PID控制器组成,外环的阻抗控制器通过将人机交互力作用在阻抗模型上,实现根据人体意图对运动轨迹进行改变,而内环的PID控制器主要实现对生成的期望轨迹进行稳定跟踪。通过实验证明了基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制的有效性。

卧式下肢康复机器人运动学分析及仿真

针对人类由于意外事故、疾病和机体老化等因素产生的功能障碍或残疾,研制了一种基于并联机构的新型卧式下肢康复机器人。同时采用连杆机构模拟人体下肢,把人体下肢和机器人作为一个整体,利用机构牵引人体下肢实现对髋、膝、踝关节的康复训练。并利用闭环矢量法对卧式下肢康复机器人的运动学正、逆过程进行了分析,推导出其运动学方程。根据运动学分析制定了一种康复训练策略,并进行了仿真研究。仿真结果表明运动学分析结果的正确性和制定康复训练策略的可行性。

卧式下肢康复机器人动力学建模及控制研究

为掌握人体下肢在康复训练过程中的力学特性,对卧式下肢康复机器人进行了动力学建模和仿真研究。考虑到机器人利用机构牵引人体下肢,辅助患者实现对髋、膝、踝关节的康复训练,将人体下肢和机构作为一个整体,应用闭环矢量法和牛顿-欧拉法建立了机器人的运动学及动力学模型,并以动力学模型为基础,基于计算力矩法设计了控制器,以轨迹跟踪为目标进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方案对康复训练是有效的,并且动力学模型能快速、有效地给治疗师和患者提供训练参数,为制定有效的康复训练策略和进行动态性能分析提供理论依据。

卧式下肢康复机器人主动柔顺控制实验研究

为保证下肢运动功能障碍患者在康复训练中的安全性和舒适性，利用力反馈信息采用阻抗控制原理设计了康复机器人系统的控制器，通过调整末端位置与力之间的关系使机器人具有一定的柔顺性。建立了系统的控制模型，并在dSPACE平台上进行了实验研究。结果表明，通过调节控制器中的阻抗参数，可以使机器人获得不同的刚度特性和阻尼特性，同时分析了参数变化对康复训练的影响。在患肢康复的不同阶段，可通过调节该控制器参数，使康复过程既能满足临床需要又具有柔顺性。

卧式下肢康复训练机器人力觉拖动示教研究

将现代康复医学与机器人学相融合,用于下肢康复训练的技术,已经成为当前研究的热点。目前,现有的下肢康复训练机器人训练轨迹改变困难,不能适应个性化训练的要求。在已有的机械系统的基础上,在机器人的末端安装力觉传感器,通过导纳控制算法的设计以及分析机器人位姿矩阵的构成,获取机器人末端在笛卡尔空间中的位姿。再通过求逆解模块,得到各个关节的实时角度,从而驱动机器人按照示教轨迹运动。通过康复训练中的抬腿动作试验,证明了卧式下肢康复训练机器人力觉拖动示教系统的设计,达到了预期效果。

卧式下肢康复机器人训练动作规划与实验分析

针对日益增多的脑卒中和各种原因导致的下肢运动功能障碍患者的康复训练需求,基于一种末端牵引类型的卧式下肢康复机器人,分析了机器人系统的总体设计,运用D-H参数法建立人腿与机器人的运动学模型和映射关系,得出人机一体化模型,结合现代康复理论设计了多种康复训练动作与模式,辅助下肢运动障碍患者进行髋、膝、踝关节的单个或组合训练;通过直抬腿康复动作实验,采集电机编码器采集机器人关节位置跟踪情况,进行误差分析,结果符合预期,康复训练动作规划满足要求。