【摘要】：日益增長(zhǎng)的踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練需求和手工康復(fù)訓(xùn)練資源不足的矛盾促進(jìn)了踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的迅速發(fā)展,但是踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人及其訓(xùn)練策略仍存在一定局限性。傳統(tǒng)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人雖然適合進(jìn)行踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練,但是難以提供踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練所需的三自由度運(yùn)動(dòng);部分踝關(guān)節(jié)功能障礙被試者不能在康復(fù)訓(xùn)練中實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)意圖,訓(xùn)練效果差。因此,有必要開發(fā)一款能夠進(jìn)行三自由度運(yùn)動(dòng)的上源驅(qū)動(dòng)康復(fù)機(jī)器人,并以此為基礎(chǔ)開發(fā)綜合性的訓(xùn)練策略。針對(duì)傳統(tǒng)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的踝關(guān)節(jié)機(jī)器人難以提供三自由度康復(fù)訓(xùn)練的問題,本文研發(fā)了一款基于混合動(dòng)力的三自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人。在構(gòu)建運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,開發(fā)了機(jī)器人的軟硬件系統(tǒng),并且通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證研究了機(jī)器人末端旋轉(zhuǎn)角度和拉力之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)頻率與軌跡追蹤精度之間的關(guān)系、以及極限旋轉(zhuǎn)角度的可達(dá)性�？蓮牧鶄�(gè)方向調(diào)整機(jī)構(gòu)參數(shù)來改變機(jī)器人的工作空間,增加人機(jī)交互訓(xùn)練的安全性;理論分析、仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。針對(duì)踝關(guān)節(jié)控制能力弱的被試者不能持續(xù)進(jìn)行主動(dòng)訓(xùn)練的問題,本文提出了軌跡調(diào)節(jié)和軌跡跟隨的主被動(dòng)融合控制方法,并將其應(yīng)用到三自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練中。通過試驗(yàn)確定閾值來保證機(jī)器人的柔順程度。在基于軌跡調(diào)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練中,當(dāng)被試者施加人機(jī)交互力超過閾值時(shí),會(huì)生成新的期望軌跡:更改相位使運(yùn)動(dòng)軌跡反向;依據(jù)交互力的大小增加頻率。當(dāng)人機(jī)交互力小于閾值時(shí),維持被動(dòng)訓(xùn)練模式。在基于軌跡跟隨的康復(fù)訓(xùn)練策略中,設(shè)計(jì)阻抗控制器來根據(jù)被試者的運(yùn)動(dòng)意圖控制機(jī)器人的運(yùn)行軌跡和運(yùn)行模式。針對(duì)部分踝關(guān)節(jié)功能障礙被試者不能在康復(fù)訓(xùn)練中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)意圖的問題,本文以虛擬現(xiàn)實(shí)游戲環(huán)境為基礎(chǔ),提出了基于SSVEP的踝關(guān)節(jié)訓(xùn)練策略。構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)游戲環(huán)境來提供視覺反饋,并設(shè)置固定頻率閃爍源來激發(fā)SSVEP信號(hào);構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)游戲環(huán)境的外部信息傳遞回路來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和人腦之間的雙向信息流動(dòng);采用FFT分析SSVEP信號(hào)來識(shí)別被試者的運(yùn)動(dòng)意圖;最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。針對(duì)部分人群特征值不明顯導(dǎo)致SSVEP信號(hào)識(shí)別困難的問題,本文提出了基于軌跡方向特征和SSVEP信號(hào)識(shí)別的信息融合方法來判斷被試者的運(yùn)動(dòng)意圖。通過判斷踝關(guān)節(jié)的拉伸狀態(tài)來確定軌跡方向特征;通過SSVEP信號(hào)識(shí)別結(jié)果和軌跡方向特征的相關(guān)性來判斷被試者的運(yùn)動(dòng)意圖;試驗(yàn)結(jié)果顯示,運(yùn)動(dòng)意圖的識(shí)別率得到有效提升。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

圖 1.5 SSVEP 視覺激發(fā)示意圖VEP 信號(hào)的激發(fā)源分為三種：光刺激源、圖形刺激源和模式翻轉(zhuǎn)刺激源。光刺采用 LED 燈、熒光燈、和氙燈等提供光源，并通過程序控制和電路控制使這有不同的閃爍頻率；圖形刺激源利用電腦軟件制作各種圖案，并使之以不同的呈現(xiàn)在顯示屏上；模式翻轉(zhuǎn)刺激源使兩個(gè)圖形以某種頻率交替出現(xiàn)在顯示屏現(xiàn)圖形的閃爍刺激，如黑白棋盤格和柵格等[61]。這三種刺激源各有優(yōu)劣，雖然的閃爍頻率非常精準(zhǔn)，但是其圖形受限于硬件的排布，不能隨心所欲，而另外源的閃爍頻率受到顯示器刷新頻率的影響，很難精確界定，但是其圖形可以根的需要進(jìn)行設(shè)定[61]。

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文 = (2.其中 = ( ) 是矩陣 的偽逆矩陣。.4 踝關(guān)節(jié)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可調(diào)整性運(yùn)動(dòng)仿真

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本文編號(hào)：2739690