基于模糊控制的上肢康复机器人变导纳控制

传统固定参数的导纳模型无法对上肢康复机器人的柔顺性实时调节,而现有变参数导纳模型需要结合实际康复需求进行改善。为此,以自主研发的串并混联的末端牵引式上肢康复机器人为研究对象,结合模糊控制与导纳控制,提出了一种面向实际康复需求的新型变导纳控制策略,制定了4条有利于康复效率与安全的模糊规则。该策略利用交互力误差及其变化率作为模糊控制输入,实时改变导纳模型的参数,实现柔顺性自主调节。仿真和实验结果验证了所提出的变导纳模型控制策略可行性和所制定的4条模糊规则的有效性。在患者可适应训练强度的场景中,相较于固定导纳模型,变导纳模型追踪给定路径时产生的冗余路径最多可降低56.13%,提高了康复训练效率;当康复运动超出患者可承受范围时,变导纳模型可提前0.5 s改变追踪路径,提高了康复的安全性。

面向虚拟人上肢的避障作业姿态规划算法

为了完成虚拟维修仿真环境下的虚拟人维修作业姿态规划问题,提出一种基于改进RRT-Connect算法的虚拟人上肢作业姿态求解方式。在该求解方式中,将人工鱼群算法(AFSA)的觅食行为法则作为导向性策略引入传统RRT-Connect算法,从而使得路径规划任务中初始点与目标点的扩展具有导向性;将路径点作为虚拟人上肢末端关节运动轨迹点。为获得虚拟人维修姿态,利用逆向运动学进行推导,以在每一个路径点中得到符合人体关节自由度的姿态集。另外,为了选择出姿态集中的最优路径,利用快速上肢评估法求取最优的虚拟人上肢维修作业姿态。最后,以无人艇虚拟维修操作仿真为例,验证了该方法在虚拟维修应用中的可行性。

可穿戴柔性上肢外骨骼的研究进展与展望

为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍。此外,它们有能力通过额外的动力和功能来恢复或增强人类的运动能力。可穿戴柔性外骨骼作为一种新兴的外骨骼发展方向,相较于传统的刚性外骨骼,具有结构柔顺、人机交互性好和穿戴舒适性好等明显优势。首先,本研究结合柔性上肢外骨骼的3种主要驱动方式(绳驱、气动、形状记忆合金),详细解析不同驱动方式的相关研究成果和相应结构特点。然后,从结构、材料、控制、辅助4个方面分析和阐述如今柔性上肢外骨骼面临的关键技术挑战。最后,结合外骨骼在不同领域应用的需求,推测未来柔性上肢外骨骼技术将向灵活化、舒适化、顺应化、智能化方向发展。研究表明,可穿戴柔性上肢外骨骼的技术尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,新型的柔性执行器,柔性传感器等可为关键技术难题的突破提供参考。

基于运动表现的双人上肢交互辅助策略设计

目的提出一种基于运动表现的自适应运动辅助策略,以平衡双人上肢康复训练中由于患者运动能力不同导致的运动强度差异。方法设计一种适用于双人康复训练的竞争性交互任务系统。引入两个运动学评价指标,采用模糊逻辑综合评价患者运动表现;构建自适应控制系统框架,通过基于差异度的自适应步长分段函数,实现机器人辅助水平的动态调整。不定向招募4名健康人进行测试。结果所提出的策略能够根据受试者运动表现自适应改变辅助程度,实现受试者运动能力差异的平衡,使交互双方处于相似的竞争水平。结论基于运动表现的自适应运动辅助策略,构建了自适应控制系统框架,能有效平衡不同运动能力受试者之间的技能水平,避免双人交互训练过程中运动强度不平衡问题。

基于学习通和BOPPPS的人体解剖学教学实践探究--以上肢静脉为例

文章针对上肢静脉的教学进行教学模式的改革与探究,介绍基于学习通和BOPPPS模式的教学设计与实践,突出以学生为主体、以问题为导向、增加学生主动性和参与度,渗透思政元素,覆盖教学全过程,包括课前、课中、课后各个环节,形成课上课下、线上线下、师生互动的学习氛围,旨在提高教师教学水平,激发学生学习兴趣,提高护理学专业人体解剖学的教学质量。

上肢助力外骨骼研究综述

简述了在当前疫情灾情多发、劳动力资源短缺的情况下开发上肢助力外骨骼的重要意义,介绍了外骨骼的发展历程、分类方式以及上肢助力外骨骼的特点、适用人群、应用场景等。详细介绍了国内外上肢助力外骨骼相关研究成果和产品,包括其基本构造以及评估实验结果,并对其中的关键技术(如驱动和传动、人机交互中所涉及的人体运动意图识别、人机协同运动等)进行了阐述和分析。总结了当前研究中仍存在的问题,并对上肢助力外骨骼未来的发展趋势进行了展望。

基于健肢刚度估计的康复机器人交互控制研究

针对康复训练过程中机器人与患者之间的人机交互性问题,文中基于患者健肢刚度估计及映射的思想,提出一种具有个性化治疗特征的人机交互控制方法。基于健肢表面肌电信号和人机接触力信息,建立具有患者自身完成日常动作特征的上肢末端刚度估计模型。设计刚度映射算法,根据健肢末端刚度动态调整机器人阻抗控制参数,结合人机接触力反馈,实现康复训练机器人与患肢交互的柔顺控制。研究结果表明:所提出的人机交互控制方法通过模拟患者健肢运动特性的康复训练机器人带动患肢,使得康复训练动作更加符合个人发力习惯,也有利于双侧肢体的运动一致性,可为临床的康复训练提供设计思路和实现方法。

基于变阻抗补偿的上肢康复机器人人机交互方法研究

针对偏瘫患者在进行康复训练过程中不能很好地主动参入并且康复任务表现能力低的问题,提出了一种基于变阻抗补偿的上肢康复机器人人机交互方法。该方法可以提高康复过程中的柔顺性和任务表现。首先介绍了上肢康复机器人的基本结构,并对其进行运动学分析;再介绍了导纳控制和阻抗补偿控制系统框架;之后通过受试者的交互力和交互力变化速率建立出受试者的运动意图,在根据运动意图来实时调整阻抗补偿参数改变系统的柔顺性;最后通过三种不同的模式进行轨迹跟踪和到达目标点的实验比较,结果表明所提出的控制算法可以适应受试者的运动意图,提高任务表现。

上肢助力机器人设计与研究

设计了一种上肢助力机器人,以行星减速伺服电机输出扭矩代替传统的砝码铁片方式,为康复训练提供动力;开发了显示屏用于选择训练配重,同时提高人机交互便捷性。设计了以STC8单片机为核心的控制器,用于控制伺服电机输出不同的扭矩,加入黄金分割算法提高伺服电机输出转矩的精度。结果表明,所设计的康复器械实现了以1 kg为单位的训练配重连续可调,极大地提高了上肢助力机器人的智能性与便捷性。

基于Kinect体感交互技术的上肢关节活动度测量方法

为了简化人体上肢关节活动度测量过程,提高测量效率和准确度,实现活动度的自动测量,提出一种基于Kinect体感交互技术的测量方法。通过Kinect传感器,捕捉上肢各关节点位置,将关节点数据传至计算机;通过检测上肢体运动平面偏离人体冠状面、矢状面和轴向面的距离,规范上肢的测量动作;自动计算肩、肘等关节各科目的活动度数值,由体感人机交互界面实时反馈测量结果。用该方法对40位受测者分5组(每组8人)进行测量试验,并根据t检验法,得到肩关节外展、内收、屈曲、伸展以及肘关节屈曲科目的 t值,分别为1.53、1.17、1.30、1.58和1.47,均小于2.776,测量结果与期望值无显著差异,表明系统的测量精确度较高。

人体上肢运动学动力学建模与仿真技术的研究

根据多体动力学原理,以人体解剖学为基础,对人体上肢进行建模,推导了其动力学和运动学方程,建立了人体上肢四刚体四自由度动力学模型,运用多系统动力学软件ADAMS,结合UG建模功能,对人体上肢动力学和运动学特性进行了分析计算,对人体上肢收臂翻掌过程的运动进行了仿真,并将计算结果与实测数据进行了对比,验证了模型的正确性和有效性。

人体上肢运动的雅克比矩阵与灵活性分析

为了解人体上肢的运动学属性和操作能力,结合上肢解剖结构分析和国际生物力学学会提出的上肢运动描述方法,建立了人体右侧上肢的运动学模型.该模型包含了胸锁关节、盂肱关节和肘关节的运动,并将肩锁关节与肩胛胸壁关节的运动等效为上肢带骨运动.根据人体上肢关节的运动耦合关系推导了上肢关节与腕点间的速度雅克比矩阵,并对人体右上肢在冠状面、矢状面和水平面内的运动灵活性进行了分析.结果表明:影响腕点运动的独立关节参数少于上肢自然运动轴的数目,对应于上肢抬升角取值域的变化,雅克比矩阵有3种不同的结构形式;上肢在冠状面、矢状面和水平面内运动时,伸展位形区域的指标值小于屈曲位形区域的指标值,在屈曲位形区域人体上肢具有更好的运动灵活性.

虚拟人上肢拉伸操作疲劳评价的建模研究

在人机系统工效学设计与分析中,虚拟人表达一直是比较关注的内容。分析了人体操作疲劳评价的主要方法,以最常见的人体上肢拉/伸操作作为研究对象,选用35名受试者进行拉/伸疲劳试验。通过结果分析,建立了基于作业时间判断的虚拟人上肢操作时的疲劳状态评判模型,该模型可以为虚拟人完成拉/伸操作时的疲劳评价提供定量的分析方法。

上肢可达工作空间的重建

为提高虚拟人在人机工程可及性评估中的真实性,建立了七自由度人体上肢参数化运动模型,基于该模型可计算出上肢末端的所有空间可达点。为了消除可达点间存在大量重复、冗余的问题,进一步提出了点云边界优化处理的具体实施算法,将其与逆向软件结合,实现了点云边界的曲面重构。最后,将所得的三维可及空间模型绑定于虚拟人体,通过驱动虚拟人进行静态或动态可及性评估,为各类操作器件的合理布局提供修改依据。

一种上肢运动功能评价方法的初步研究

目的:通过研究健康人上肢点取前方不同目标点的定位运动规律,探讨评价上肢运动障碍者运动功能的新方法,尝试为肢体运动障碍者的康复训练和检测提供对照和比较。方法:选择21名健康男性自愿者,设计并进行了人体上肢定位实验,得到了拾取时间数据,通过数据分析,探讨人体上肢拾取不同位置目标点的运动时间特性,以此为参考可以对肢体运动障碍者的上肢定位运动功能进行评价。结果:实验数据分析表明,在人体上肢定位运动中,点取前方不同位置目标点时食指尖运动持续时间存在较大差异,并且具有很强的规律性。结论:以健康人的上肢定位运动规律为比照,用食指尖运动持续时间来评价肢体运动障碍者的上肢定位运动功能,是一种简单、可行的方法。

人体前方平面上目标点拾取运动特性及工效研究

目的研究人体上肢对前方平面不同区域目标点的拾取运动特性和工效。方法设计并进行了目标拾取实验,得到了人体上肢拾取前方平面上目标点所需时间、速度、运动轨迹线长度、功率等实验数据。结果通过实验分析,初步揭示了不同区域目标点的拾取运动特性存在较大的差异。结论右利手者拾取前方平面上目标点时,左上区目标点的拾取运动工效最好,右下区目标点的拾取运动工效最差。

三维摄像测量系统测量人体上肢运动的算法研究

应用三维摄像测量系统分析人体上肢运动时 ,由于实验噪声的影响 ,按一般旋转矩阵计算方法得到的数据会产生较大的误差。根据旋转矩阵的单位四元数表示形式 ,提出了一种旋转矩阵的正交分解算法 ,提高了计算的准确性和稳定性 ,并在刚体运动和人体上肢关节运动测量实验中得到了验证。

关节型机器人的似人操作构型规划

对关节型机器人的操作构型进行规划时,本文提出了一种新的规划方法,它结合了似人评估准则和机器人传速特性优化的概念,可实现有最大末端传速特性的操作,同时与人类手臂操作的特点最为相似.该方法首先利用应用人体工程学中的快速上肢评价准则(RULA)对机器人的操作空间进行划分,然后在各子空间内最大化机器人末端沿指定方向的传速速率.最终选定一个最符合人类操作特性又同时满足操作任务的机器人操作构型.通过在2自由度平面机器人和7自由度拟人机械臂上的规划实验进一步展示了本方法的使用,规划结果验证了其有效性.

基于人体上肢表面肌电信号在运动过程中的研究

从时域分析和频域分析入手,对正常成年人上肢肌肉群肌电信号进行采集和变化分析,研究日常散步或慢跑时,其上肢之间的肌电信号差异。对50名实验对象上肢肌肉的三角肌前部、肱二头肌、肱三头肌和尺侧腕屈肌这4个部位进行测试,选取特征参数进行采集、处理。通过特征值数据之间的比对,分析正常男性和女性在完成同一个动作时肌电信号的差异,探讨人体上肢肌肉功能状态的精确评价指标,为体育锻炼提供数据参考。

基于蓝牙4.0的人体上肢运动姿态采集及识别系统研究

为了能够实现运动人员体育运动过程中的动作识别及有效评价,就全面研究了现代化的人体上肢运动姿态识别方面相关知识,提出了基于蓝牙4.0的人体上肢运动姿态收集及识别系统,全面收集了运动人员在运动过程中经常使用的运动信息。所设计的系统主要包括信息收集、传输、动作识别及信号去噪声等部分,最后对系统进行了测试,通过测试结果表示,相互结合传统时域特征及过零点特征、上四分及下四分的位点特点,能够分离屈肘侧平举和曲臂弯曲静止,以此有效提高上肢运动姿态识别的效率。