本文關(guān)鍵詞：下肢康復(fù)機(jī)器人主動(dòng)訓(xùn)練研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：腦卒中及肢體殘障患者與日俱增,如何運(yùn)用傳統(tǒng)醫(yī)療方案結(jié)合現(xiàn)代科技技術(shù)以達(dá)到高效、精準(zhǔn)、人性化恢復(fù)患者肢體運(yùn)動(dòng)功能是康復(fù)工作者研究和實(shí)踐的重點(diǎn)。下肢康復(fù)機(jī)器人是一種有效節(jié)約醫(yī)療資源、降低醫(yī)師勞動(dòng)強(qiáng)度、提高患者生活質(zhì)量的輔助康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備;主動(dòng)訓(xùn)練是充分利用康復(fù)機(jī)器人智能化人機(jī)交互功能,基于患者自主運(yùn)動(dòng)意圖完成人機(jī)耦合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)患肢功能恢復(fù)的訓(xùn)練策略。首先,對(duì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)理論臨床常用治療方法做出介紹,以此作為下肢康復(fù)機(jī)器人硬件平臺(tái)主動(dòng)訓(xùn)練的研究基礎(chǔ)。隨后對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)做出分析,此部分是后續(xù)運(yùn)動(dòng)分析、信號(hào)處理的基礎(chǔ)。其次,基于力/力矩信號(hào)的主動(dòng)訓(xùn)練首先構(gòu)建考慮機(jī)構(gòu)自平衡的人機(jī)一體化空載靜力學(xué)模型,然后求得關(guān)節(jié)變量、空載力矩、實(shí)測力矩和患者末端施力之間的映射關(guān)系,隨后根據(jù)阻尼控制策略完成末端施力和末端速度映射函數(shù)規(guī)劃,之后根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解求出關(guān)節(jié)角速度并輸送到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成人機(jī)耦合運(yùn)動(dòng),在此期間對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波并在訓(xùn)練過程中考慮人的情感因素。再次,基于表面肌電信號(hào)的主動(dòng)訓(xùn)練首先選定影響關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的肌肉群并完成多通道表面肌電信號(hào)采集,然后利用離散指標(biāo)對(duì)常用時(shí)域內(nèi)特征量進(jìn)行比較,找出對(duì)信號(hào)波動(dòng)最為敏感的三個(gè)特征量做為最優(yōu)特征量,之后利用最優(yōu)特征量樣本對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練同時(shí)以誤差最小原則確定最佳網(wǎng)絡(luò)作為后續(xù)訓(xùn)練的動(dòng)作辨識(shí)分類器,接著對(duì)對(duì)控制策略進(jìn)行研究,并介紹了訓(xùn)練過程中的安全措施。最后,較詳細(xì)介紹了下肢康復(fù)機(jī)器人硬件平臺(tái)的主動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),并介紹了本下肢康復(fù)機(jī)器人在河南某醫(yī)院基于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)的情況,實(shí)驗(yàn)取得良好結(jié)果可以驗(yàn)證下肢康復(fù)機(jī)器人硬件平臺(tái)自身和控制策略的可行性和穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：下肢康復(fù)機(jī)器人 主動(dòng)訓(xùn)練 肌電信號(hào) 臨床實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 課題研究背景、目的及意義11-12
• 1.3 下肢康復(fù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀綜述12-17
• 1.3.1 國外下肢康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.2 國內(nèi)下肢康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 下肢康復(fù)機(jī)器人主動(dòng)訓(xùn)練總體方案設(shè)計(jì)19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 運(yùn)動(dòng)康復(fù)醫(yī)學(xué)理論基礎(chǔ)19-22
• 2.2.1 神經(jīng)可塑性分析19-21
• 2.2.2 腦卒中臨床康復(fù)常用方法21-22
• 2.2.3 腦卒中病情對(duì)心理健康影響22
• 2.3 下肢康復(fù)機(jī)器人硬件平臺(tái)分析22-30
• 2.3.1 機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)及傳感器安裝分析23-28
• 2.3.2 下肢康復(fù)機(jī)器人傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-30
• 2.4 人機(jī)交互平臺(tái)及控制體系設(shè)計(jì)30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第3章 基于力/力矩信號(hào)的主動(dòng)訓(xùn)練研究33-61
• 3.1 引言33
• 3.2 下肢康復(fù)機(jī)器人靜力學(xué)分析33-40
• 3.2.1 考慮自平衡的空載靜力學(xué)模型33-36
• 3.2.2 利用工程方式進(jìn)行靜力學(xué)標(biāo)定36-38
• 3.2.3 等效末端施力解算38-40
• 3.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解40-43
• 3.3.1 關(guān)節(jié)位置運(yùn)動(dòng)學(xué)反解41-42
• 3.3.2 關(guān)節(jié)速度運(yùn)動(dòng)學(xué)反解42-43
• 3.4 傳感器信號(hào)處理43-48
• 3.4.1 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型43-44
• 3.4.2 卡爾曼濾波器模型44-48
• 3.5 基于力/力矩信號(hào)的控制策略研究48-56
• 3.5.1 阻尼式控制策略訓(xùn)練模式48-49
• 3.5.2 末端施力和末端速度映射函數(shù)規(guī)劃49-55
• 3.5.3 控制過程時(shí)序及雙環(huán)策略55-56
• 3.6 情感激勵(lì)人機(jī)交互56-60
• 3.6.1 激勵(lì)時(shí)間窗檢測57-58
• 3.6.2 交互策略控制58-60
• 3.7 本章小結(jié)60-61
• 第4章 基于表面肌電信號(hào)的主動(dòng)訓(xùn)練研究61-83
• 4.1 引言61
• 4.2 表面肌電信號(hào)采集61-66
• 4.2.1 肌電信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理及干擾因素61-63
• 4.2.2 表面肌電傳感器粘貼位置選擇63-64
• 4.2.3 多路表面肌電信號(hào)采集64-66
• 4.3 表面肌電信號(hào)最優(yōu)特征量確定66-73
• 4.3.1 常用特征量提取方法66-70
• 4.3.2 利用離散指標(biāo)求最優(yōu)特征量70-73
• 4.4 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作辨識(shí)研究73-79
• 4.4.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的構(gòu)建73-75
• 4.4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練75-79
• 4.5 基于表面肌電信號(hào)的控制策略79-81
• 4.5.1 人機(jī)接口設(shè)計(jì)79
• 4.5.2 訓(xùn)練策略研究79-81
• 4.6 本章小結(jié)81-83
• 第5章 下肢康復(fù)機(jī)器人主動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)研究83-97
• 5.1 引言83
• 5.2 傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)83-85
• 5.3 基于力/力矩傳感器的主動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)研究85-89
• 5.3.1 約束軌跡驗(yàn)證85-87
• 5.3.2 末端速度和末端力關(guān)系驗(yàn)證87-89
• 5.4 基于表面肌電信號(hào)的主動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)研究89-93
• 5.4.1 表面肌電采集實(shí)驗(yàn)89-90
• 5.4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)90-91
• 5.4.3 基于表面肌電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證91-93
• 5.5 臨床實(shí)驗(yàn)說明93-95
• 5.6 本章小結(jié)95-97
• 結(jié)論97-98
• 參考文獻(xiàn)98-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果101-102
• 致謝102

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本文編號(hào)：870835