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并联踝康复机器人的设计与运动性能评价 被引量:27
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作者 李剑锋 张凯 +2 位作者 张雷雨 张子康 左世平 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期29-39,共11页
对于足下垂和马蹄足内/外翻患者,均需对踝关节进行大量、重复性的康复训练,踝康复机器人是弥补人工康复训练不足、降低医师工作强度的关键设备。将踝关节的解剖结构及运动特性考虑在内,提出并研制2-UPS/RRR型并联踝康复机器人样机,可保... 对于足下垂和马蹄足内/外翻患者,均需对踝关节进行大量、重复性的康复训练,踝康复机器人是弥补人工康复训练不足、降低医师工作强度的关键设备。将踝关节的解剖结构及运动特性考虑在内,提出并研制2-UPS/RRR型并联踝康复机器人样机,可保证人-机转动中心近似重合。同时,搭建了作用力/矩信息采集平台,实现踝关节的被动、主动及人机交互训练,提高了机器人、患者及医师之间的交互能力。建立了踝康复机器人的运动学模型,通过求解其位置逆解,得到了机器人的理论工作空间。借助机器人样机的3转动自由度,精确地测量得到踝关节全域范围内的生理运动范围。通过机器人样机的全范围自主运动,记录并获得装置的有效工作空间,机器人有效工作空间小于理论工作空间,有效工作空间的测量具有较大的实际意义。进一步,对比分析机器人样机的有效工作空间和踝关节生理运动范围可知,两者在踝全域运动范围内的吻合度可达95%,较好地保障了踝关节康复所需要的运动空间。基于并联踝康复机器人的量纲一速度雅可比矩阵,对机器人的可操作度、灵巧性等运动学性能进行了分析,结果表明踝康复机器人在工作空间内不存在奇异位形且具有良好的运动学性能。 展开更多
关键词 并联机构 踝康复机器人 工作空间 运动学性能 灵活性
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并联式踝关节康复机器人研究 被引量:12
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作者 韩亚丽 于建铭 +3 位作者 宋爱国 朱松青 张海龙 吴在罗 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期45-50,共6页
针对目前踝关节康复机器人不同程度地存在机构自由度冗余、机构复杂、控制难度较大等问题,采用了一种3-RUPS/S型并联机构用以实现踝关节康复运动.对康复机器人机构进行设计,采用D-H法对机构的位置反解进行分析,得到其驱动杆长随姿态角... 针对目前踝关节康复机器人不同程度地存在机构自由度冗余、机构复杂、控制难度较大等问题,采用了一种3-RUPS/S型并联机构用以实现踝关节康复运动.对康复机器人机构进行设计,采用D-H法对机构的位置反解进行分析,得到其驱动杆长随姿态角度的变化关系.利用数值解析法进行位置正解分析,并结合电动推杆的电位器数据及姿态传感器检测的动平台姿态角的变化信息实施康复机器人样机的控制.实验结果表明,踝关节康复机器人能够带动踝关节进行康复训练,满足人体踝关节的运动需求. 展开更多
关键词 关节康复机器人 并联机构 运动学分析 样机实验
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踝关节康复机器人主动训练柔顺控制研究 被引量:10
3
作者 刘延斌 庞翔元 +2 位作者 张彦斌 郭冰菁 韩建海 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期54-60,共7页
为保证踝关节康复机器人能为主动康复训练的患者准确提供任意性质的训练力,以气动肌肉冗余并联驱动踝关节康复机器人为对象,研究无误差力跟踪方法和主动训练柔顺控制策略。建立了踝关节康复机器人的动力学模型,基于阻抗控制理论研究了... 为保证踝关节康复机器人能为主动康复训练的患者准确提供任意性质的训练力,以气动肌肉冗余并联驱动踝关节康复机器人为对象,研究无误差力跟踪方法和主动训练柔顺控制策略。建立了踝关节康复机器人的动力学模型,基于阻抗控制理论研究了无误差力跟踪的轨迹规划方法,运用李亚谱诺夫稳定性理论提出了气动肌肉冗余并联驱动的柔顺控制策略,以助力和抗阻两种主动训练模式为例,进行了康复训练控制仿真,结果表明,所提出的力跟踪方法和柔顺控制策略不仅能确保主动训练的安全性,还能为训练提供任意而准确的助力和阻力。 展开更多
关键词 关节康复机器人 主动康复训练 力跟踪 柔顺控制 气动肌肉
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新型RR-RURU踝关节康复机器人机构的设计与分析 被引量:13
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作者 张彦斌 荆献领 +1 位作者 韩建海 陈子豪 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第14期1734-1741,共8页
基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的... 基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的运动螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性并给出其奇异位形;研究了机构的工作空间,得到其可达工作空间的三维图形。绘制出新型踝关节康复机器人的CAD模型,利用临床医学步态分析数据(CGA)得到其输出角位移曲线,并对其动力学进行了虚拟样机仿真。研究结果为该新型踝关节康复机器人的样机试制提供了理论基础。 展开更多
关键词 关节康复机器人 并联机构 运动学分析 奇异性 工作空间
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基于虚拟现实的踝关节康复机器人的综述 被引量:4
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作者 张小俊 刘更谦 +2 位作者 何春燕 路光达 岳宏 《机电产品开发与创新》 2006年第1期29-31,共3页
根据国内外踝关节康复器械的研究现状,提出了基于虚拟现实的踝关节康复机器人的构成,其本质是一种触觉感知接口。从医学、虚拟现实技术和触觉感知接口技术的角度,阐述了亟待解决的虚拟现实建模、三维图形处理、系统融合、透明性、灵敏... 根据国内外踝关节康复器械的研究现状,提出了基于虚拟现实的踝关节康复机器人的构成,其本质是一种触觉感知接口。从医学、虚拟现实技术和触觉感知接口技术的角度,阐述了亟待解决的虚拟现实建模、三维图形处理、系统融合、透明性、灵敏度等关键技术。分析了康复方案及功能评价策略的制定。 展开更多
关键词 虚拟现实 关节康复机器人 触觉感知接口 力反馈
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一种踝关节康复机器人的控制系统设计 被引量:4
6
作者 张小俊 刘更谦 张明路 《微计算机信息》 2009年第8期259-260,284,共3页
为实现3-RSS/S踝关节康复并联机器人的各种康复训练模式,完成了以"PC+PMAC"作为硬件平台的控制系统设计,基于VisualC++6.0开发了软件系统,经实验取得了满意的效果。
关键词 关节康复并联机器人 康复训练 控制系统 人机界面
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基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究 被引量:3
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作者 黄海灵 吴洪涛 陈柏 《中国制造业信息化(学术版)》 2012年第2期27-29,33,共4页
根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,... 根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。 展开更多
关键词 关节康复机器人 柔索驱动 并联机构 运动学模型 运动学仿真
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踝关节康复机器人研究进展
8
作者 周熙晔 王春宝 +5 位作者 韦建军 刘铨权 吴德帅 段丽红 张鑫 刘琦 《人工智能与机器人研究》 2022年第2期200-217,共18页
脑卒中具有发病人群数量多、致残率高的特点,给社会和患者家庭带来极大的痛苦。踝关节作为人体远端关节,康复效果对生活质量具有重要影响。而传统人工辅助康复治疗的方式,人力成本高,患者的康复训练效果与治疗师的经验密切相关。康复机... 脑卒中具有发病人群数量多、致残率高的特点,给社会和患者家庭带来极大的痛苦。踝关节作为人体远端关节,康复效果对生活质量具有重要影响。而传统人工辅助康复治疗的方式,人力成本高,患者的康复训练效果与治疗师的经验密切相关。康复机器人具有运动准确、稳定性好、训练均一性可控等优点,具有良好的应用前景。国内外研究者已经在康复机器人领域开展了大量的研究工作。本文对近几年来国内外踝关节康复机器人的机械设计和控制策略的研究现状进行了较为详细的分类研究,机械设计研究分类为穿戴方式、驱动方式和结构,控制策略研究分类为导纳控制、阻抗控制、轨迹跟踪控制和人机交互等,并分析了发展趋势和所面临的挑战,最后对踝关节康复机器人研究现状进行总结。 展开更多
关键词 关节康复机器人 机械设计 控制策略
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柔索牵引踝关节康复机器人运动轨迹规划 被引量:1
9
作者 唐小强 张化平 把翠芳 《兰州石化职业技术学院学报》 2022年第2期15-18,共4页
针对当前踝关节康复机器人构型以刚性驱动居多,结构复杂,其系统刚度无法根据患者的恢复状态进行调整,提出了一种位置可重构的柔索牵引踝关节康复机器人。建立了柔索牵引踝关节机器人运动学模型,根据踝关节在矢状面、冠状面以及横断面上... 针对当前踝关节康复机器人构型以刚性驱动居多,结构复杂,其系统刚度无法根据患者的恢复状态进行调整,提出了一种位置可重构的柔索牵引踝关节康复机器人。建立了柔索牵引踝关节机器人运动学模型,根据踝关节在矢状面、冠状面以及横断面上的极限转角,构建了踝关节在内翻/外翻、内收/外展、背屈/跖屈运动时的转角变化函数;通过分析机器人三种运动工况下的柔索的长度、速度、加速度变化规律完成了柔索牵引踝关节康复机器人的运动轨迹规划。 展开更多
关键词 关节康复机器人 系统刚度 柔索牵引 运动学 轨迹规划
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过轮对柔索牵引踝关节康复机器人运动特性的影响分析
10
作者 张化平 唐小强 +1 位作者 周阳 刘杰 《兰州石化职业技术学院学报》 2022年第4期9-12,共4页
过轮是柔索牵引构型中最为常见的结构。分析了过轮对柔索牵引踝关节康复机器人柔索运动规律的影响;通过分析考虑过轮与忽略过轮两种工况下的机器人运动方案,建立了考虑过轮的柔索长度数学模型,借助ADAMS建立机器人运动学模型,对柔索长... 过轮是柔索牵引构型中最为常见的结构。分析了过轮对柔索牵引踝关节康复机器人柔索运动规律的影响;通过分析考虑过轮与忽略过轮两种工况下的机器人运动方案,建立了考虑过轮的柔索长度数学模型,借助ADAMS建立机器人运动学模型,对柔索长度的数学模型进行了验证;分析了过轮对柔索牵引踝关节康复机器人运动特性的影响。 展开更多
关键词 过轮 柔索牵引 关节康复机器人 运动特性
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2UPS/RR脚踝康复机构设计与工作空间优化 被引量:1
11
作者 吴广进 卢宗兴 于潇雁 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2023年第1期83-91,共9页
为了实现脚踝康复运动,设计开发2UPS/RR脚踝康复机器人;通过螺旋理论对并联机构自由度进行计算,使用闭环矢量法求得机构的逆解方程,应用点集搜索法求得机构得工作空间;调整并研究机构杆件空间位置布局对工作空间及面积的影响,结果表明,... 为了实现脚踝康复运动,设计开发2UPS/RR脚踝康复机器人;通过螺旋理论对并联机构自由度进行计算,使用闭环矢量法求得机构的逆解方程,应用点集搜索法求得机构得工作空间;调整并研究机构杆件空间位置布局对工作空间及面积的影响,结果表明,优化后的机构的工作空间能够满足脚踝康复所需的运动角度。最后以MATLAB及ADAMS软件通过实例验证逆解正确性,并仿真得到机构确定点在空间中运动轨迹。 展开更多
关键词 关节康复机器人 并联机构 闭环矢量法 螺旋理论 工作空间
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踝关节人机耦合生物力学特性分析
12
作者 苏永生 卢宗兴 +2 位作者 李胤增 陈晓辉 赵栋哲 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期389-395,共7页
目的设计一种2-PSU/RR并联踝关节康复机器人,并对人体肌肉进行生物力学特性分析,研究踝关节康复机器人的康复策略。方法采用数值离散搜索法获得机器人的实际工作空间,探究结构参数变化对机器人动平台高度的影响。通过人体生物力学仿真软... 目的设计一种2-PSU/RR并联踝关节康复机器人,并对人体肌肉进行生物力学特性分析,研究踝关节康复机器人的康复策略。方法采用数值离散搜索法获得机器人的实际工作空间,探究结构参数变化对机器人动平台高度的影响。通过人体生物力学仿真软件AnyBody得到肌肉力、肌肉活动度等人体生物力学响应,研究动平台高度变化对肌肉行为的影响。结果机器人能够满足踝关节跖屈/背屈和内翻/外翻运动需求。适当增大定长杆的初始倾角和减小长度,使得踝关节康复机器人具有较低的整体高度。动平台高度依次递减10 mm,人体参与运动的肌肉力和肌肉活动度都有一定幅度下降。结论本研究为踝关节康复提供一种新的设计方案,为踝康复机器人运动分析提供理论指导,并通过修改机构参数加快患者脚踝康复。 展开更多
关键词 并联结构 关节康复机器人 工作空间 参数优化 人机耦合建模
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一种基于肌电信号的自适应人机交互控制方法 被引量:7
13
作者 张弼 姚杰 +1 位作者 赵新刚 谈晓伟 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2560-2570,共11页
针对踝关节康复机器人运动过程中的人机交互性问题,本文提出一种基于肌电信号的鲁棒自适应人机交互控制方法.针对患者难以保持某一动作、肌电信号微弱等特点,提出一种新的关节角度估计方法.该方法充分利用了踝关节运动时胫骨前肌与腓肠... 针对踝关节康复机器人运动过程中的人机交互性问题,本文提出一种基于肌电信号的鲁棒自适应人机交互控制方法.针对患者难以保持某一动作、肌电信号微弱等特点,提出一种新的关节角度估计方法.该方法充分利用了踝关节运动时胫骨前肌与腓肠肌的拮抗关系,将踝关节的动作类型与单个肌肉群的收缩进行关联,利用归一化的特征值完成运动意图的辨识和运动角度的估计.为了保证人机交互的安全性,提出一种刚度、阻尼参数在线自适应调节的阻抗控制算法.基于交互力矩对机器人末端的运动角度与运动速度实时进行调节,使其对外表现出等效柔性.实验研究表明所提出的人机交互控制方法是有效的,并具有一定应用前景. 展开更多
关键词 关节康复机器人 肌电信号 阻抗控制 自适应控制 稳定性
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采用运动捕捉系统建立踝部运动模型
14
作者 黄金安 刘承磊 +2 位作者 贾维涵 张鹏程 张建军 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2022年第5期60-67,共8页
针对目前踝关节康复机器人的设计缺少以人体真实踝部运动模型为客观的评价标准,未能对人体踝部运动位姿进行识别,导致人机匹配程度不高、运动协调性较差。基于此,在符合康复医师理疗手法的前提下提出一种足部相对于固定小腿在做背伸与... 针对目前踝关节康复机器人的设计缺少以人体真实踝部运动模型为客观的评价标准,未能对人体踝部运动位姿进行识别,导致人机匹配程度不高、运动协调性较差。基于此,在符合康复医师理疗手法的前提下提出一种足部相对于固定小腿在做背伸与跖屈运动时位姿矩阵的识别方法。首先,根据人体小腿穴位分布以及足部肌肉组织的特点,分别确定小腿和足部标识点粘贴的位置。其次,根据足部标识点采集得到的数据,利用空间曲线曲率中心的方法确定胫距关节轴线的位置和方向。依据曲率圆心图像分布特点,利用箱形图原理过滤掉波动较小区间内曲率圆心坐标数据中的异常值,通过与足部内外踝尖为特征连成的轴线作对比,表示出两种轴线的差异。最后,基于胫距关节轴线位姿,建立人体足部坐标系相对于小腿坐标系的数学模型,得出踝部运动位姿的识别方法。该方法可为设计踝关节康复机器人和分析人体踝部真实运动提供客观评价指标。 展开更多
关键词 关节康复机器人 运动捕捉 部运动 运动姿态识别 位姿矩阵
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