兼具安全性与柔顺性的步行康复训练机器人交互方法

提高弱机能群体使用助行机器人的柔顺性和安全性是人机交互领域重要的研究内容。本文提出一种能够兼顾柔顺性、安全性与便捷性的步行康复训练机器人非接触式柔顺控制方法。首先,分析自主研制的步行康复训练机器人结构、功能及工作模式。为准确识别使用者步态意图,研发了一种多通道近距离传感器,并结合机器人的机械结构,搭建了机载内嵌式双腿动态意图识别系统,实现了对双腿步态的实时检测。然后,为提高交互柔顺性,提出一种改进粒子滤波算法,解决了传统粒子滤波算法多次迭代过程中粒子退化问题。最后,通过引入步态速度补偿,设计了具有紧密跟踪人体步态功能的柔顺化控制方法并进行综合性实验。实验表明,本文提出的方法在确保人机交互安全性的基础上,可精确且柔顺地控制机器人的运动状态,从而紧密地跟随人体步态。该非接触式控制方法可以应用于具有类似结构的助行机器人,以及弱机能群体的日常助行与步行康复训练。

基于阻抗控制的步行康复训练机器人的轨迹自适应

把阻抗控制理论运用到步行康复训练机器人系统中,使用基于位置的阻抗控制模型设计了系统的控制器.提出基于阻抗模型的步态轨迹自适应算法,并分析了系统的误差.在建立的SolidWorks、Matlab、Adams虚拟样机联合仿真平台上进行了主动康复训练的仿真实验,并在实物样机上进行了健康训练者的实验.结果表明,该控制器能够实现机器人根据人机交互作用力的变化不断调整步态轨迹,适应患者的步态要求,并可通过调节阻抗参数改变步态自适应程度和训练的柔顺性,满足患者主动参与康复训练的目的.

减重步行康复训练器人机工程设计

为增强减重步行康复训练器在使用过程中的舒适度要求,应用JACK软件创建了我国5百分位成年女性和95百分位成年男性人体模型,通过对患者与训练器的交互行为过程分析,分别对减重步行康复训练器动态悬吊装置的舒适性、外骨骼装置的匹配度、支撑扶手的可达域、虚拟显示装置的可视域进行人机工效评估,讨论了不同的悬吊方式、适应不同百分位数的外骨骼尺寸、不同扶手和显示装置的高度对患者的影响,最后利用JACK软件的人机工效评估工具对改进后的训练器模型在使用过程中的舒适性进行评估,试验结果验证了该方法的有效性。

步行康复训练机器人协调控制的研究

为了实现步行康复训练机器人的协调控制,对外骨骼助行腿与跑步机的协调控制以及减重支撑系统与外骨骼助行腿的协调控制,提出了协调控制方法。最后用假人代替真实患者通过实验验证了外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统之间的协调控制效果。实验结果表明,步行康复训练机器人能够很好的对假人进行减重步行康复训练,外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统很好地实现了协调控制,同时为进一步对真实患者进行实验研究奠定了很好的基础。

步行康复训练机器人设计研究

针对中风或者不完全脊柱损伤患者术后康复需求,设计并制作了一种移动式新型步行康复训练机器人。通过四颗按钮开关,控制减重机构实现不同比例的减重;通过HJ6霍尔操纵杆,控制步行康复训练机器人的训练模式,包括前后直线运动和左右转弯运动。利用经典力学方法对步行康复训练机器人的关键零部件进行了分析,最终选择了合适的零件。最后,制作了步行康复训练机器人样机,并进行了运动功能实验。实验结果表明:步行康复训练机器人能实现所要求的功能,基本满足患者术后康复训练的需要。

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.

面向步行康复训练的质量虚拟去除主动人体重力支撑系统

研究了一种能够有效降低病人行走动态载荷的质量虚拟去除主动人体重力支撑(Body weight support,BWS)系统。该主动BWS系统能够根据人体的加速度反馈实时调节悬挂绳索中的张力,以达到同时平衡作用在病人身体上的重力和惯性力。为了验证该主动BWS的技术可行性,设计了一个简化的实验装置,利用偏心轮带动滑块作上下运动来模拟人体在垂直方向的步态,悬挂滑块的绳索中的张力根据滑块的加速度反馈进行调节,滑块与偏心轮之间的接触力代表动态行走载荷。实验结果表明,质量虚拟去除主动BWS系统能够有效降低病人在步行康复跑步机上行走的重力载荷和惯性载荷,从而使病人在跑步机上进行训练时获得好像失去了部分身体质量的动力学感受。

穿戴式导航传感器在步行康复训练监控中的应用

针对步行康复训练中的实时监控问题,开发了低成本导航传感器的硬件平台,设计了一种计算步行距离的零速修正算法,给出了本地坐标系下的导航解算公式,并论述了三组零速检测阈值联合判决条件。最后通过实验验证了本文所提出算法的正确性和实用性,可满足步行康复训练监控的应用需求。

步行运动康复训练联合持续性心理护理对心力衰竭患者心肺功能及生活质量的影响

目的探讨步行运动康复训练联合持续性心理护理对心力衰竭患者心肺功能及生活质量的影响。方法将2018年5月-2018年12月行单纯步行运动康复训练的40例心力衰竭患者纳入对照组,将2019年1月-2019年12月行步行运动康复训练联合持续性心理护理的45例心力衰竭患者纳入观察组。观察两组干预前及干预3个月后心肺功能及生活质量。结果干预后,两组LVEF、FVC、FEV1水平均较干预前升高,LVEDD水平均较干预前降低,且观察组上述指标变化显著;两组WHOQOL-100评分均较干预前升高,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论心力衰竭患者采用步行运动康复训练联合持续性心理护理可有效改善其心肺功能,提升患者生活质量。

基于规则进化模糊系统的步行方向意图识别

为了准确识别下肢功能障碍患者自主步行康复训练过程中的方向意图,提出了一种能够兼顾使用者个体差异及安全状态的新型步行方向意图识别方法。首先论述了康复训练机器人结构及患者前臂对机器人支撑板的压力和步行方向意图的关系。为保证患者安全地向任意方向行走,提出根据膝盖旋转角度推理安全步态的先决条件下,基于距离型模糊推理算法设计具有稀疏前件规则库的步行方向意图识别方法;然后为减小因个体差异、非稳定模糊规则引起的识别误差,提出规则进化算法实时优化模糊推理规则库。最后将该算法进行了多方向模糊推理实验与步行康复训练机器人压力控制实验,实验表明该算法可以准确识别下肢功能患者的任意步行方向意图并提高了步行的安全性,提出的步行方向意图识别方法可以应用在下肢功能障碍人士的日常起居与康复训练中。

针刺联合康复训练治疗高血压性脑出血后下肢功能障碍41例

目的:观察针刺联合减重步行康复训练治疗高血压性脑出血后下肢功能障碍的临床疗效。方法:将高血压性脑出血下肢功能障碍患者123例随机分为3组,每组各41例。治疗组采用针刺联合减重步行康复训练治疗,对照1组采用针刺治疗,对照2组采用减重步行康复训练治疗。结果:总有效率治疗组为95. 12%,对照1组为80. 49%,对照2组为75. 61%,治疗组与对照1、2组比较,差异均有统计学意义(P <0. 05); 3组FAC、FMA评分及Holden步行功能分级治疗前后组内比较,差异均有统计学意义(P <0. 05),治疗后治疗组与对照1、2组比较,差异均有统计学意义(P <0. 05)。结论:针刺联合减重步行康复训练对促进高血压性脑出血后下肢功能恢复有显著疗效。