發(fā)布時間：2021-02-02 11:44

　　運動康復(fù)對于肢體功能障礙患者神經(jīng)通路的重塑有著重要的影響,康復(fù)訓(xùn)練機器人與患者的人機共融是實現(xiàn)定制式康復(fù)治療的關(guān)鍵。由于患者具有因人而異的偏癱步態(tài)、康復(fù)訓(xùn)練機器人機構(gòu)剛性、患者主動性與機器人自動控制結(jié)合不足、理療師與機器人交互欠缺等問題,難以采用傳統(tǒng)機器人運動控制方法解決患者、機器人和理療師三者在動態(tài)治療過程中的行為協(xié)調(diào)與自然交互,導(dǎo)致與個性化康復(fù)治療的臨床需求存在著差距。本文以實現(xiàn)安全有效的個性化康復(fù)治療為目標,解決行為共融、任務(wù)共融及智能共融中的關(guān)鍵科學(xué)問題。提出步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練人機共融系統(tǒng)的總體架構(gòu),不同于由理療師、患者和康復(fù)機器人三者組成的常規(guī)結(jié)構(gòu),增加理療師穿戴的操控外骨骼,使得理療師更進一步融入康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)中�？紤]剛性支撐與柔性驅(qū)動結(jié)合設(shè)計具有柔順性的仿生機構(gòu)實現(xiàn)人機步行行為共融�；谌梭w行走特性及康復(fù)訓(xùn)練的需求,從機體仿生與運動仿生思想出發(fā),完成包含4自由度雙下肢外骨骼的減重懸吊康復(fù)訓(xùn)練機器人機構(gòu)及參數(shù)匹配的氣壓比例伺服驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計�；谀Σ林苿釉砗湍て瑲飧妆壤龎毫刂�,研發(fā)具有力矩可控特性的新型氣動關(guān)節(jié),采用重力補償算法為穿戴操控外骨骼的理療師提供平穩(wěn)操控力矩。為了給體態(tài)... 

【文章來源】：河南科技大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)綜述
        1.2.1 下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方式
        1.2.2 步態(tài)規(guī)劃研究在康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域的發(fā)展概述及分析
        1.2.3 人機交互協(xié)作控制研究在康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域的發(fā)展概述及分析
    1.3 論文研究內(nèi)容與章節(jié)安排
第2章 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練人機共融系統(tǒng)
    2.1 引言
    2.2 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練人機共融系統(tǒng)總體架構(gòu)
    2.3 臨床步態(tài)康復(fù)中的康復(fù)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)
    2.4 柔性下肢步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機器人人機匹配設(shè)計
        2.4.1 人體下肢結(jié)構(gòu)及行走特征
        2.4.2 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機器人
        2.4.3 氣壓比例驅(qū)動系統(tǒng)
        2.4.4 機器人及驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)確定
    2.5 理療師穿戴外骨骼操控機構(gòu)
        2.5.1 操控機構(gòu)結(jié)構(gòu)
        2.5.2 氣壓比例驅(qū)動系統(tǒng)
        2.5.3 關(guān)節(jié)操縱力矩可調(diào)控原理
        2.5.4 關(guān)節(jié)操縱力矩的重力補償
    2.6 本章小結(jié)
第3章 理療師交互下的機器人步態(tài)規(guī)劃方法
    3.1 引言
    3.2 基于李群和旋量理論的運動學(xué)建模
        3.2.1 基于指數(shù)積方法的正運動學(xué)建模
        3.2.2 基于Paden-Kahan子問題求解的逆運動學(xué)建模
        3.2.3 足跟末端物體速度矢量及雅可比矩陣
    3.3 理療師交互下的三維步態(tài)時空規(guī)劃方法
        3.3.1 理療師空間與機器人空間的康復(fù)步態(tài)軌跡映射
        3.3.2 理療師空間與機器人空間的速度映射
        3.3.3 減重機構(gòu)與電動跑臺運動規(guī)劃
    3.4 理療師步態(tài)數(shù)據(jù)的機器學(xué)習方法
1約束的Huber損失最小化學(xué)習算法">        3.4.1 l₁約束的Huber損失最小化學(xué)習算法
        3.4.2 理療師實測步態(tài)數(shù)據(jù)的回歸學(xué)習
    3.5 步行訓(xùn)練起始段與終止段步態(tài)規(guī)劃
        3.5.1 起始段關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃
        3.5.2 終止段關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃
        3.5.3 步態(tài)規(guī)劃實例
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于李群和旋量理論的人機系統(tǒng)動力學(xué)建模
    4.1 引言
    4.2 基于李群和旋量理論的拉格朗日方程動力學(xué)建模方法
        4.2.1 拉格朗日方程的李群表示
        4.2.2 運動旋量及空間速度雅可比矩陣求解
        4.2.3 串聯(lián)機器人關(guān)節(jié)空間動力學(xué)模型的李群表示
    4.3 下肢步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機器人動力學(xué)建模
        4.3.1 機器人關(guān)節(jié)空間動力學(xué)模型
        4.3.2 機器人關(guān)節(jié)空間動力學(xué)仿真
    4.4 人體步行動力學(xué)建模
        4.4.1 步行運動生物力學(xué)原理
        4.4.2 擺動腿動力學(xué)模型
        4.4.3 支撐腿動力學(xué)模型
        4.4.4 人體步行動力學(xué)模型及仿真
    4.5 人機系統(tǒng)動力學(xué)建模與特性分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練人機共融系統(tǒng)自適應(yīng)控制策略
    5.1 引言
    5.2 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練人機共融控制系統(tǒng)總體架構(gòu)
    5.3 關(guān)節(jié)空間康復(fù)步態(tài)軌跡控制策略研究
        5.3.1 氣動比例閥控缸系統(tǒng)及獨立關(guān)節(jié)位置控制算法
        5.3.2 線性解耦軌跡跟蹤控制算法
        5.3.3 仿真研究
        5.3.4 兩種關(guān)節(jié)空間底層控制策略的對比
    5.4 基于導(dǎo)納模型的交互層自適應(yīng)控制策略
        5.4.1 人機交互模型的確定
        5.4.2 基于Sigmoid函數(shù)的變參數(shù)導(dǎo)納控制算法
        5.4.3 基于強化學(xué)習的參數(shù)自適應(yīng)導(dǎo)納控制算法
    5.5 本章小結(jié)
第6章 樣機系統(tǒng)控制試驗及康復(fù)訓(xùn)練試驗研究
    6.1 引言
    6.2 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練人機共融系統(tǒng)試驗樣機
        6.2.1 步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機器人
        6.2.2 理療師穿戴操控外骨骼
        6.2.3 氣壓比例驅(qū)動及伺服控制系統(tǒng)
    6.3 理療師交互下的步態(tài)規(guī)劃試驗
        6.3.1 平地步態(tài)規(guī)劃試驗
        6.3.2 電動跑臺上的全程步態(tài)規(guī)劃試驗
    6.4 關(guān)節(jié)空間康復(fù)步態(tài)軌跡控制試驗
        6.4.1 單關(guān)節(jié)氣缸位置伺服控制試驗
        6.4.2 雙關(guān)節(jié)軌跡跟蹤控制試驗
    6.5 康復(fù)訓(xùn)練中人機共融控制試驗
        6.5.1 被動康復(fù)訓(xùn)練試驗
        6.5.2 主動康復(fù)訓(xùn)練試驗
    6.6 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
    7.1 研究工作總結(jié)
    7.2 論文創(chuàng)新點
    7.3 工作展望
參考文獻
致謝
攻讀學(xué)位期間的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[5]基于sEMG與交互力等多源信號融合的下肢外骨骼康復(fù)機器人及其臨床實驗研究[D]. 范淵杰.上海交通大學(xué) 2014
[6]全方位移動下肢康復(fù)機器人的運動控制方法研究[D]. 姜瑩.沈陽工業(yè)大學(xué) 2013
[7]臥式下肢康復(fù)機器人研究[D]. 孫洪穎.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[8]人體典型運動生物力學(xué)仿真分析[D]. 唐剛.上海交通大學(xué) 2011
[9]基于柔性外骨骼人機智能系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 張佳帆.浙江大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于肌電反饋的下肢康復(fù)機器人自適應(yīng)交互控制[D]. 郭子暉.燕山大學(xué) 2016
[2]下肢康復(fù)機器人軌跡規(guī)劃及其柔順性控制研究[D]. 周家旺.武漢理工大學(xué) 2015
[3]偏癱患者輔助行走下肢康復(fù)外骨骼系統(tǒng)開發(fā)研究[D]. 吳海杰.浙江大學(xué) 2014
[4]多位姿下肢康復(fù)機器人平臺的研制[D]. 楊潤澤.清華大學(xué) 2012
[5]下肢康復(fù)醫(yī)療外骨骼訓(xùn)練控制系統(tǒng)研究與初步實現(xiàn)[D]. 董亦鳴.浙江大學(xué) 2008



本文編號：3014638