一种手指康复外骨骼模糊阻抗控制算法研究

脑卒中患者病后会产生手指运动功能障碍,现以形状记忆合金丝(Shape Memory Alloy,SMA)为驱动器设计了一种手指康复外骨骼,为了解决形状记忆合金丝驱动手指康复外骨骼的力、位协同控制问题,提出了一种模糊阻抗控制算法,基于手指康复外骨骼的力学模型和驱动模型,采集合金丝末端的力,与期望力作差,由阻抗控制器给出位置修正量,通过电阻自感知反馈,修正位置从而实现力的控制,采用模糊控制器对阻抗控制器的参数进行控制。为了验证算法的可行性,搭建手指康复外骨骼实验平台,分别采用传统阻抗控制和模糊阻抗控制实验研究手指指尖力的跟踪特性,实验结果验证了模糊阻抗控制器相较阻抗控制,对力的跟踪响应更快,面对外界干扰,具有一定的鲁棒性,更适合手指康复外骨骼的柔顺性控制。

外骨骼机器人手指的鲁棒跟踪控制

基于外骨骼机器人手指系统的动力学模型,提出了机器人鲁棒μ控制器的设计方法.分析了系统模型的不确定性,将负载动力学作为系统的反馈不确定,建立了合理的被控对象标称模型.基于高速DSP实现鲁棒控制器的数字化,在μ控制器的设计和数字实现过程中考虑了机器人系统的计算延时.通过实验评估采样延时对机器人控制器鲁棒性能的影响.实验结果表明,μ控制器能够抑制干扰和模型不确定性对机器人系统的影响,具有很好的鲁棒稳定性和鲁棒性能.

欠驱动式外骨骼手指康复机器人的设计和仿真

本文提出一种新的基于脑电信号控制的外骨骼手指康复机器人系统,该系统主要由外骨骼手指康复机器人、脑电信号系统(EEG)、肌电信号系统(EMG)、人机交互系统、电机控制单元、相关传感器和工作站组成.患者通过外界的视觉刺激产生脑电信号,工作站经过对这些信号采集和处理后传递给电机控制单元控制,并驱动电机实现穿戴在患者手上的外骨骼手指机器人运动,辅助其完成康复训练.该机器人主要采用欠驱动的方式,由安装在手背处的电机带动同步齿形带传动机构实现机器的三个关节的弯曲和伸展运动.文章主要利用UG软件对手指机器人进行设计和ADAMS软件进行运动仿真.根据机器人运动轨迹和机器人末端的运动参数曲线可以看出该手指机器人具有运动平稳,不存在运动死点等特点,且机器人能满足人体手指的运动要求,符合人体工学的设计特点,仿真实验证明能够辅助患者进行重复性康复训练.

一种人机共融的手指外骨骼机器人设计与验证

手指外骨骼机器人是一种手部康复训练装置,传统的连杆型手指外骨骼机器人通常只考虑远指关节的末端轨迹重合度,未考虑掌指关节和指间关节的末端轨迹,无法保证手指能够自然的屈伸,存在舒适性和安全性问题。基于人机共融外骨骼机构构型综合方法,建立了人机构型的约束方程,提出了人机共融设计方法,认为外骨骼机器人在穿戴后与手指共融为一个整体机构。设计了自适应角度采集设备进行了数据采集实验,并拟合出2个指关节关联性函数,将其引入人机构型约束方程,通过粒子群算法求解并优化了尺度参数,完成人机共融外骨骼机器人设计并仿真分析了其工作空间。搭建了外骨骼机器人样机并进行了实验,结果显示机器人样机具备人机共融特性,能够很好地拟合三关节末端的轨迹,证明了设计方法的有效性。