一种新型穿戴式下肢外骨骼机器人的设计

脑卒中及脊髓损伤造成的偏瘫和截瘫患者逐年增加,偏瘫和截瘫患者只能长期卧床或者借助轮椅进行活动,给家庭和社会带来巨大的负担。融合机器人技术、传感器技术等前沿科技,可辅助使用者进行日常活动的穿戴式下肢外骨骼机器人逐渐成为研究的热点[1].

可穿戴式下肢外骨骼康复机器人运动学分析

本文指出外骨骼康复机器人被广泛应用于下肢运动障碍患者的辅助行走,可大大增强肢体运动功能受损患者的康复效果。通过仿生学,本文设计了一种由绳索驱动的可穿戴式下肢外骨骼康复机器人。采用D-H法,对可穿戴式下肢外骨骼康复机器人进行了运动学建模,得到了各关节之间的运动学关系。采用五次多项式插值法进行步态规划,得出了步态运动方程,并将其所得的关节角速度数据导入到ADAMS软件中,对可穿戴式下肢外骨骼康复机器人进行了运动学仿真分析。最后得出,关节角位移变化平滑、稳定,表明了所设计康复机器人具有良好的效果。

穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者的影响

目的探讨穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者步态、平衡能力、下肢运动Fugl-Meyer功能量表(FMA)评分的影响。方法纳入2020年11月—2022年11月我院收治的78例脑卒中偏瘫患者,按照数字列表法随机分为观察组与对照组,每组39例,对照组予以Bobath技术训练,观察组在对照组基础上予以穿戴式外骨骼康复机器人训练,干预8周。比较两组干预前后的步态参数(步频、步速、跨步长比率)、平衡能力[Berg平衡量表(BBS)]、下肢运动功能FMA评分、日常生活活动能力[改良Barthel指数(MBI)]、下肢肌力恢复情况(屈髋肌力、伸膝肌力)。结果干预前,两组各指标差异无统计学意义(P>0.05);干预后,两组步频、步速、跨步长比率、BBS评分、下肢FMA评分、MBI评分、屈髋肌力、伸膝肌力较干预前显著升高(均P<0.05),观察组步频、步速、跨步长比率、BBS评分、下肢FMA评分、MBI评分、屈髋肌力、伸膝肌力高于对照组(均P<0.05)。结论穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术可改善脑卒中偏瘫患者步态和平衡能力,促进下肢运动功能恢复,提高日常生活活动能力,增强患者下肢肌力。

可穿戴式下肢康复外骨骼机器人步态规划及仿真

通过分析人的下肢各关节的特征及自由度,设计可穿戴式下肢康复外骨骼机器人结构,利用CAD软件solidworks进行三维建模。为了实现可穿戴式下肢康复外骨骼机器人稳定行走功能,本文运用零力矩点(ZMP)判断依据进行步态规划。在机器人进行步态规划时采用三次样条插值法得到可穿戴式下肢康复外骨骼机器人各关节的平滑运动轨迹,同时,摆动腿在运动过程中脚底与地面始终平行。最后在ADAMS软件中建立可穿戴式下肢康复外骨骼机器人的虚拟样机进行运动学仿真。

基于气动肌肉的可穿戴式上肢外骨骼助力机器人动力学仿真

依据仿生设计原理,设计了一种基于气动肌肉的可穿戴式上肢外骨骼助力机器人,并进行了动力学仿真分析。参考人体肩关节、肘关节、腕关节的运动机理及特性参数,设计外骨骼的机械结构,运用Pro-e软件建立其三维装配体模型,将其导入ADAMS中进行动力学仿真。通过仿真分析得到大、小臂等的角速度和角加速度以及各个关节的力矩变化规律,验证了设计的合理性与正确性,为机器人智能控制提供了理论基础。

可穿戴下肢外骨骼康复机器人研究现状与发展趋势

介绍了国内外可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研究现状,指出了该领域目前研究的热点问题。分析了可穿戴下肢外骨骼康复机器人在设计生产中的驱动系统、感知系统、控制系统、人机匹配技术、人机交互技术和电池及管理技术等6种关键技术,指出了未来国内在可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研发方面应注重结构模块化及控制系统智能化,在康复效果监测方面应建立完善的康复效果评价系统等。

基于步态的下肢康复用外骨骼机器人运动分析

穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人,其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目,越来越得到重视。通过对人体下肢运动机理以及步态的研究,并基于动力学仿真软件Adams对外骨骼机器人的受力和步态进行仿真分析,验证步态的合理性,同时对以后行走的合理性提供依据以及为进一步设计出一种新型穿戴式下肢助行外骨骼机器人样机提供参考。

穿戴式外骨骼机器人肌电信号采集与处理

下肢穿戴式外骨骼康复机器人在医疗领域的应用前景十分广阔,与下肢功能障碍患者的生活休戚相关,外骨骼机器人的精确控制可以由对人体动作准确的识别来实现,这有利于外骨骼机器人实用化。本文对下肢康复运动的特点进行分析,介绍了康复运动的步态规划、下肢运动机理、肌电信号的特点,以及sEMG信号及其特征,分析了sEMG信号生成原理、影响sEMG信号的主要因素以及肌电信号的采集系统;对基于sEMG的下肢外骨骼机器人的关键技术做了简单归纳:下肢外骨骼机器人的运动预测、模式识别、康复效果评估等。

下肢助力外骨骼的能量耗散仿真及拓扑设计

随着助力外骨骼机器人结构的不断发展,运动能量耗散不断地被降低。目前,多种下肢关节的助力外骨骼机器人取得新的进展,然而对于更高能效比助力外骨骼机器人还缺乏有效的参考。提出基于肌肉能量消耗对比,优化设计下肢助力外骨骼机器人的拓扑结构以提高能效比。首先,仿真分析下肢肌肉群在运动过程中的能量耗散;同时为了消除不同质量和负重方式对肌肉群能量耗散的影响,采用无质量主动拓扑结构进行助力,研究在相同速度下对下肢各肌肉群能量耗散对比;再对比已有文献外骨骼顺应性的特点,优化设计下肢助力外骨骼机器人拓扑结构;最后,得到了一个主被动混合助力的拓扑结构的下肢助力外骨骼机器人。无质量主动拓扑仿真计算表明,提出的下肢外骨骼机器人的拓扑结构降低了12.8%的能量耗散。

穿戴式柔性下肢助力机器人发展现状及关键技术分析

穿戴式柔性下肢助力机器人技术在康复医疗、助老助残、生活起居等方面具有广阔的应用前景,具有质量轻、体积小、可穿戴性强、人机相容性好等优势.为促进我国柔性下肢助力机器人的研究和发展,总结国内外在该领域的研究进展,阐述了多种助力系统的组成、驱动原理和运动学信息等,分析了各助力系统的辅助力/矩传递规律及其助力效果.同时,对柔性下肢助力机器人所涉及的安全与可靠性、步态检测技术、驱动方式及控制策略、助力性能评估等关键技术进行了分析.在总结研究成果及分析关键技术的基础上,指出柔性下肢助力机器人今后的发展方向、研究思路和面临的挑战.对于柔性下肢助力机器人及相关的研究工作,具有一定的指导意义.

外骨骼穿戴式助力助行机器人技术综述

本文首先总结了外骨骼穿戴式助力助行机器人技术在国内外的研究现状,其次分析了典型机器人的机械结构、驱动方式、步态检测、控制方法、能源管理、人机协同协调等关键技术,最后对外骨骼穿戴式助力助行机器人的应用前景和未来发展趋势进行了展望。

外骨骼穿戴式康复机器人研究综述

本文介绍了几种典型的外骨骼穿戴式康复机器人系统,包括外骨骼上肢、下肢和手指康复系统。分析外骨骼穿戴式康复系统的结构特点和功能原理,总结外骨骼康复系统的核心技术,展望未来的发展趋势。

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解.采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据.

基于Featherstone算法的穿戴式外骨骼机器人高效动力学计算研究

穿戴式外骨骼机器人的动力学计算,是实现精准控制、驱动电机选型的前提条件。穿戴式外骨骼机器人一般具有较多自由度,传统方法无法解决其动力学计算问题。文章采用Featherstone刚体动力学算法,对其高效动力学计算进行研究,并根据机器人的运动树连通图,建立了机器人系统的整体几何模型,通过将几何模型转换为参数代入MATLAB,运用Featherstone逆动力学算法求出在一个步态中各关节所需的驱动力矩。

下肢外骨骼助行机器人滑模PD控制研究

穿戴式下肢外骨骼助行机器人可以辅助下肢运动有障碍者进行康复训练,助其实现正常行走。首先确定系统自由度个数,并基于拉格朗日法建立动力学模型。为提高多关节协调运动的控制精度以实现拟人化步态,研究了基于滑模函数补偿的PD控制算法。通过Matlab-Simulink仿真,对比分析了PD算法和滑模PD算法,获得了两种算法下髋、膝关节角位移及角速度控制曲线,并计算不同算法的跟踪误差。结果表明,相对于常规的PD控制算法,基于滑模函数补偿的PD控制算法具有更好的精度和稳定性,且响应速度快;以12 s周期为例,在有扰动的情况下,滑模PD控制比PD控制提前约3 s达到稳定。将滑模PD控制算法用于下肢外骨骼机器人的步态控制,可提高控制精度和响应速度。

下肢外骨骼机器人研究现状及发展趋势

外骨骼机器人是可以穿戴在人身体外部的人机一体化机械结构,它与穿戴者一起行走,为其提供助力和保护。详述了下肢外骨骼机器人在各领域的应用,并分别列举各领域的应用实例,分析了下肢外骨骼机器人在设计过程中要解决的关键技术,介绍了外骨骼机器人几种不同的驱动方式,并进行对比分析其优缺点,对下肢外骨骼机器人技术的发展趋势进行预测。

下肢外骨骼助行机器人神经网络自适应滑模控制研究

穿戴式下肢外骨骼助行机器人是一种能够辅助人体进行仿人式步态运动的智能一体化设备,该系统需要良好的轨迹跟踪效果。为提高穿戴式下肢外骨骼助行机器人的轨迹跟踪精度及稳定性,基于拉格朗日法建立动力学模型,研究分析RBF神经网络自适应滑模控制算法。通过MATLAB-Simulink仿真,对比分析滑模算法和RBF神经网络自适应滑模控制算法,获得了两种算法下髋关节、膝关节的角位移及角速度控制曲线及力矩,并对比了两种算法的位置跟踪误差。实验结果表明,相比于滑模控制算法,RBF神经网络自适应滑模控制可以改善抖振情况,提高控制精度和抗干扰能力。

下肢助力外骨骼机器人运动控制研究

为解决老年人"行动不便"的问题,基于人体下肢生物力学原理,设计了一款骑乘式下肢助力外骨骼机器人。首先将外骨骼机器人简化为矢状面内的4连杆机构,利用D-H参数法建立相应的运动学模型,对其进行运动学分析;其次在Solidworks软件中完成了外骨骼机器人的机械结构设计,并利用虚拟样机技术在ADAMS软件中对外骨骼机器人进行了运动学仿真。仿真结果表明,骑乘式下肢助力外骨骼机器人能够满足人体运动,符合人体行走特征,为日后的动力学分析及控制算法研究提供了理论基础。

外骨骼可穿戴四肢康复机器人的设计与实现

为了解决患者四肢康复治疗问题,设计了一款基于外骨骼的可穿戴四肢康复训练机器人,可以实现上肢和下肢联合康复治疗,它占地小,便于携带。该机器人由上肢模块、下肢模块和控制模块组成,采用Inventor软件进行三维建模,并对核心支撑部件进行静力学分析,以验证整体结构设计的稳定性和正确性。仿真结果表明:患者可以实现上肢康复和下肢康复联合训练,真正实现了四肢康复训练全方位和立体化,可以满足患者康复训练需求并且具有一定的市场推广价值。

基于柔性气压驱动器的可穿戴式腰部助力机器人研究

针对老龄化社会对于康复和看护助力搬运的需要,提出了用气压驱动器实现轻量、柔性助力、穿戴舒适的可穿戴式腰部助力机器人.机器人采用无外骨骼的结构设计,可以给护理人员在提升重物和静态保持作业时输出腰部所需助力,降低下腰痛(Low back pain,LBP)致病风险.通过对重物搬运作业中穿戴者竖脊肌表面肌电信号(Surface electromyography,s EMG)评估、基于测力平台最大搬举重量测试、静态弯腰负重作业下人体重心(Center of gravity,COG)移动轨迹等相关实验,验证了助力有效性.