隨著人口老齡化的加劇,腦卒中和骨關(guān)節(jié)疾病發(fā)病率的增高,針對下肢運動功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練外骨骼得到了越來越多的關(guān)注。偏癱及下肢骨關(guān)節(jié)炎主要表現(xiàn)為患肢運動障礙和站立困難。目前主要由護(hù)理師指導(dǎo)患者完成日�？祻�(fù)訓(xùn)練。康復(fù)外骨骼可以用來輔助理療師對患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,減少康復(fù)所需的人工成本,同時外骨骼還能對個體差異性進(jìn)行適應(yīng)。下肢康復(fù)訓(xùn)練過程中,不僅可以幫助患者進(jìn)行減重步態(tài)訓(xùn)練,減輕患者疼痛,還可以提高重復(fù)率和訓(xùn)練時長。本文設(shè)計了一套單側(cè)下肢外骨骼系統(tǒng),通過測量的健肢運動信息預(yù)測患肢步態(tài)軌跡,從而指導(dǎo)外骨骼輔助患肢運動,同時設(shè)計的外骨骼還能減輕患者在步態(tài)訓(xùn)練過程中的關(guān)節(jié)力。通過對人體下肢運動機理的研究,針對單側(cè)肢體運動障礙的偏癱患者設(shè)計了一種用于患肢步態(tài)訓(xùn)練的主動型內(nèi)側(cè)下肢外骨骼機構(gòu)。以人體左右運動相似性為理論基礎(chǔ),提出了“健肢教患肢”的控制策略;開發(fā)了一套基于慣性傳感器的實時步態(tài)測量系統(tǒng)以獲得健肢實時步態(tài)數(shù)據(jù);提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的步態(tài)分相方法,利用足底壓力與模糊分相方法得到的相位數(shù)據(jù)進(jìn)行離線訓(xùn)練得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,通過實時測量健肢關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)實現(xiàn)對患肢軌跡的實時預(yù)測。以外骨骼機械機構(gòu)為平臺搭建了基于嵌入式控制器的伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)將控制策略具現(xiàn),該系統(tǒng)基于步態(tài)分相模型得到的患肢預(yù)測軌跡,通過串級PID控制電機驅(qū)動外骨骼完成“健肢教患肢”控制,實現(xiàn)了利用健肢的運動信息指導(dǎo)外骨骼輔助患肢步態(tài)運動的功能。最后,基于設(shè)計的外骨骼原型系統(tǒng)進(jìn)行了患肢在線跟蹤實驗和減重步態(tài)實驗來驗證外骨骼系統(tǒng)的功能,實驗結(jié)果驗證了“健肢教患肢”的可行性,外骨骼的減重效果。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

骨骼機器人又根據(jù)其作用范圍不同可以分為全下肢助力外骨骼和關(guān)節(jié)下肢助力骼；康復(fù)外骨骼[15]可對功能障礙患者進(jìn)行運動輔助和康復(fù)治療�？祻�(fù)訓(xùn)練外骨骼神經(jīng)康復(fù)治療，智能化感知和控制以及人體工程學(xué)，通過系統(tǒng)的分析和研究，提能治療方面的臨床康復(fù)效果。根據(jù)其工作方式的不同，康復(fù)外骨骼可分成固定式外骨骼和移動式康復(fù)外骨骼，而移動式康復(fù)外骨骼又有全下肢和部分下肢康復(fù)骼之分。1） 固定式康復(fù)外骨骼下肢康復(fù)機器人 Lokomat[16]是由 Hocoma 醫(yī)療器械公司研究和開發(fā)生產(chǎn)的康練設(shè)備。這款固定式康復(fù)訓(xùn)練外骨骼主要由智能化的步態(tài)矯正器、舒適的體重支統(tǒng)和可調(diào)節(jié)的跑臺組成（如圖 1.1 所示）。Lokomat 機器人會根據(jù)患者使用機器行為，耐力，人機交互和運動時間等方面對患者進(jìn)行評估，為患者智能化制定一合患者的康復(fù)治療方案。即：機器人會對患者的運動方式和運動軌跡進(jìn)行觀察[17照患者的運動范式為患者提供輔助，這樣機器人就可以根據(jù)不同人群的不同特節(jié)訓(xùn)練參數(shù)，適應(yīng)不同患者[18][19]。并且已經(jīng)收到了最廣泛的臨床評估[20][21][22]

圖 1.2.LOPES 康復(fù)外骨骼ALEX[25]是一種具有 12 個主動自由度的雙腿外骨骼。這臺高度集成的多功能設(shè)備，可以用于測試步態(tài)訓(xùn)練中人體的各種機能參數(shù)，以確定如何最好地提供康復(fù)效果。ALEX 的基本特征之一是能夠根據(jù)腳的軌跡誤差來控制腳部的力量[26]。 目前研究者使用 ALEX III[27]進(jìn)行了各種研究，以探究使用力反饋、視覺反饋和音頻反饋的組合來對人類受試者進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練的可行性[28]（如圖 1.3 所示）。

圖 1.2.LOPES 康復(fù)外骨骼ALEX[25]是一種具有 12 個主動自由度的雙腿外骨骼。這臺高度集成的多功能設(shè)備，可以用于測試步態(tài)訓(xùn)練中人體的各種機能參數(shù)，以確定如何最好地提供康復(fù)效果。ALEX 的基本特征之一是能夠根據(jù)腳的軌跡誤差來控制腳部的力量[26]。 目前研究者使用 ALEX III[27]進(jìn)行了各種研究，以探究使用力反饋、視覺反饋和音頻反饋的組合來對人類受試者進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練的可行性[28]（如圖 1.3 所示）。
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本文編號：2871888