柔性下肢康复机器人本体设计与分析

针对目前下肢康复机器人结构仿生性及驱动柔顺性不足的问题,提出一种柔性下肢康复机器人本体结构。基于人体步态及身姿变化分析,设计了可适应于不同体型患者的可调悬吊减重结构,利用ANSYS软件对相应结构进行了有限元分析并验证了其可靠性。基于仿生学原理,设计了基于Hill三元素模型的仿肌肉驱动装置,建立了仿肌肉驱动装置模型,利用ADAMS软件对其进行仿真并验证了结构的可行性。分析结果显示,该柔性下肢康复机器人本体结构相比同类机器人结构具有更好的安全性、仿生性及柔顺性,对柔性下肢康复机器人的设计具有一定的参考意义。

柔性脚踝康复机器人自适应迭代学习控制

为解决气动肌肉驱动的脚踝康复机器人实际控制中,无模型自适应迭代学习控制在系统噪声干扰下或初始拟伪偏导选择不当会导致算法收敛速度过慢、控制效果差的问题,提出一种基于高阶拟伪偏导整定的无模型迭代学习控制方法,并设计基于零化神经网络误差递归的迭代学习控制律.通过引入系统观测数据对初始拟伪偏导进行修正,减少拟伪偏导初始值的选取对于算法收敛速度的影响;通过设计抗噪声零化神经网络控制律,减小系统噪声对控制性能的影响,进而实现噪声环境下柔性康复机器人的高性能轨迹跟踪.仿真实验结果表明在噪声环境下能够利用较少的迭代轮次降低最大跟踪误差.机器人实际控制实验结果表明:该方法能够在7次迭代后使气动肌肉平均跟踪误差控制在2%以内,并且在不同初始拟伪偏导条件下均能获得较好的收敛性和轨迹跟踪性能.

面向多关节训练的并联柔索驱动下肢康复机器人设计与分析

目前我国康复需求巨大,并呈现持续增长趋势,康复机器人是解决这一问题的重要手段。针对现有下肢康复机器人在人机交互、训练方式及经济性等方面的局限,提出了一种采用柔索机构的并联柔索驱动下肢康复机器人,通过四根并联分布的柔索实现对使用者下肢大范围被动训练运动。建立了该机器人的运动学、静力学模型,并对柔索驱动中的滑轮摩擦力进行了建模与辨识。针对使用者的每次使用所处位置不确定的问题,提出了一种无需借助外部设备的使用者位置自主辨识方法。基于位置辨识,该机器人对使用者康复训练参数进行适应性调整,以实现精确康复策略。搭建了实验平台,通过实验验证了使用者位置自主辨识的可行性,并探究了关节力矩以及受力的规律,检验了下肢康复机器人被动训练的准确性。

轻量化自适应柔性踝关节康复机器人设计与评估

针对脑卒中患者步行过程中踝关节背屈力不足而造成足下垂和踝关节跖屈力下降而造成站立末期推进力不足,进而导致步态不稳及容易摔倒等问题,设计一款新型柔性踝关节康复机器人。首先,鉴于刚性踝关节机器人增加了脑卒中患者新陈代谢及心理不适感,本研究采用功能性纺织物与鲍登线传输装置相互作用实现踝关节力辅助,轻质且隐蔽,同时,采用单电机双向驱动方式,减少了驱动模块的质量和体积,研制嵌入鞋套的拉力传感器,轻质且实现了辅助力实时检测。然后,为适用于不同体型的穿戴者,采用分级控制,上层控制包括步态运动意图识别及鲍登线轨迹生成算法,下层控制参照鲍登线轨迹实现踝关节跖屈与背屈辅助,提出了一种基于步态事件的鲍登线轨迹生成算法,实现了控制参数自适应调整,提高了系统鲁棒性。最后,搭建实验测试平台验证了机器人辅助效果,在机器人提供动力辅助时,踝关节站立末期跖屈角度与摆动期背屈角度均提高,站立末期地面推进力增加;相比之下,在机器人不提供动力辅助时,跖屈侧被动拉力在站立末期提供跖屈辅助,提高地面推进力。结果表明该柔性康复机器人具有增加站立末期地面推进力和改善摆动期离地间隙的作用,是一种前景良好的踝关节康复设备。