當前社會中,人類因衰老或事故等原因,下肢運動障礙患者日益增多,針對該類患者的下肢外骨骼康復機器人已成為機器人領域的研究熱點。針對下肢外骨骼康復機器人的機械結構設計、外骨骼動力學模型、人體-外骨骼動力學模型、人體運動意圖解碼和控制系統(tǒng)等方面展開研究,研究內容如下:在深入研究人體下肢生理學結構基礎上,針對主動運動的關節(jié),選用直流無刷電機搭配諧波減速器的驅動方案,開發(fā)了一種結構緊湊、維修和更換方便的模塊化關節(jié),確定了外骨骼機器人的整體結構,并在Creo中建立了虛擬樣機。利用Denavit-Hartenberg參數(shù)法構了建外骨骼機器人矢狀面的運動學模型。利用Lagrange法建立外骨骼機器人本體的動力學模型,結合Matlab/Simulink軟件完成仿真,探究了外骨骼機器人在一個步態(tài)周期內,完成期望軌跡髖和膝兩個關節(jié)的力矩變化規(guī)律。建立了人體-外骨骼系統(tǒng)的整體動力學模型,提出了一種可以快速獲取人體關節(jié)肌肉力矩的方法�；诒砻婕‰娦盘柕漠a(chǎn)生原理和特點,在Matlab/Simulink中構建表面肌電信號的信號處理系統(tǒng),通過對基于信號特征值和肌肉激活度的運動意圖解碼進行研究,發(fā)現(xiàn)積分肌電值和均方根值... 

【文章來源】：華北理工大學河北省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

上海交通大學研制的下肢康復外骨骼Fig.4LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyShanghaiJiaotongUniversity

華北理工大學碩士學位論文-6-以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡為核心算法，結合人體下肢的生物力學模型，實現(xiàn)了基于人體表面肌電信號獲取人體運動意圖信息，并以該運動意圖信息作為控制輸入的外骨骼機器人系統(tǒng)[19]。該外骨骼機器人系統(tǒng)已選取合適的患者進行人機試驗，其中三名患者經(jīng)過康復訓練后，已經(jīng)有兩名患者可以獨立行走。圖4上海交通大學研制的下肢康復外骨骼Fig.4LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyShanghaiJiaotongUniversity2）電子科技大學電子科技大學設計了一款主要以行走助力為目標的下肢外骨骼機器人，如圖5所示，此系統(tǒng)主要由四個主動運動的關節(jié)、智能鞋以及輔助支撐的拐杖機構組成。其在工作過程中，是通過布置在關節(jié)以及腳底的傳感器獲取信息，然后結合控制系統(tǒng)判斷意圖并驅動下肢外骨骼運動。此裝置可輔助患者完成站立和行走等大多數(shù)日�；顒�，其外骨骼系統(tǒng)整體質量只有20公斤左右，可以承受的患者質量大概為50公斤，整機系統(tǒng)由可續(xù)航兩小時的鋰電池提供動力[20]。圖5電子科技大學研制的下肢康復外骨骼Fig.5LowerlimbexoskeletonrehabilitationdevelopedbyUniversityofElectronicScienceandTechnology

第2章下肢外骨骼康復機器人機械結構設計-11-第2章下肢外骨骼康復機器人機械結構設計下肢外骨骼康復機器人的使用對象是一類具有下肢運動障礙的人群，機器人直接作用于人體，因此，機器人的結構設計需要遵循擬人化的思想，因此，首先應充分了解人體下肢的生理學特點，包括下肢的骨骼系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)，然后根據(jù)人體下肢的結構特點，確定外骨骼機器人的整體尺寸分布，并選擇合適的驅動與傳動方式，最后配置所需的傳感器，完成機器人機械部分設計。2.1人體下肢生理學基礎在介紹人體下肢骨骼與肌肉系統(tǒng)之前，為便于描述，首先簡單介紹一下臨床醫(yī)學中常用的人體參考系，如圖7所示。圖7人體參考系Fig.7Humanreferencesystem2.1.1人體下肢骨骼系統(tǒng)及自由度分布人體下肢骨骼系統(tǒng)主要由支撐人體體重的盆骨、股骨、脛骨和腓骨等幾大骨頭組成，各骨骼、關節(jié)整體結構及其自由度分布如圖8所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]應用步態(tài)康復機器人對正常人步態(tài)的研究[J]. 丁敏,吳慶文,王瑩,孫紅燕,滑卉坤,杜艷華.  臨床薈萃. 2013(02)
[2]智能運動反饋訓練系統(tǒng)在腦卒中偏癱患者手功能及日常生活活動能力訓練中的應用[J]. 吳奇勇,聶金鶯.  中國康復醫(yī)學雜志. 2012(02)
[3]人體下肢外骨骼機器人的發(fā)展及關鍵技術分析[J]. 柯顯信,陳玉亮,唐文彬.  機器人技術與應用. 2009(06)
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[5]模塊化重構機器人技術的現(xiàn)狀與發(fā)展綜述[J]. 王兵,蔣蓁.  機電工程. 2008(05)
[6]髖關節(jié)的生物力學[J]. 胡偵明,羅先正.  中華骨科雜志. 2006(07)
[7]氣壓傳動系統(tǒng)CAD研究[J]. 熊偉,包鋼,王祖溫.  機械工程學報. 2001(06)

博士論文
[1]基于sEMG與交互力等多源信號融合的下肢外骨骼康復機器人及其臨床實驗研究[D]. 范淵杰.上海交通大學 2014
[2]基于表面肌電信號的人體動作識別與交互[D]. 張旭.中國科學技術大學 2010
[3]人體骨肌系統(tǒng)的整體生物力學建模與仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大學 2010
[4]可重構模塊化機器人系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 王衛(wèi)忠.哈爾濱工業(yè)大學 2007

碩士論文
[1]基于表面肌電信號的腰椎功能特性的定量研究[D]. 周芳.南昌航空大學 2017
[2]基于ICA算法的肌肉肌腱單元定位和肌力預測研究[D]. 王少平.中國科學技術大學 2017
[3]基于肌電的機械手控制方法研究[D]. 任立新.燕山大學 2017
[4]下肢外骨骼機器人的建模和控制策略研究[D]. 章心憶.南京理工大學 2017
[5]基于串聯(lián)彈性驅動器的外骨骼型下肢康復機器人的研究[D]. 湯桂泉.福州大學 2016
[6]康復運動中表面肌電信號分析方法研究[D]. 馬靜云.燕山大學 2015
[7]基于表面肌電信號的下肢肌力預測研究[D]. 鄒琳.武漢理工大學 2015
[8]下肢外骨骼機器人系統(tǒng)建模與仿真實驗研究[D]. 崔謹想.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[9]下肢康復機器人的控制系統(tǒng)研究與設計[D]. 馬艷姣.電子科技大學 2013
[10]人體上肢表面肌電信號采集與處理的研究[D]. 班帥.東北大學 2012



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