腕關(guān)節(jié)術(shù)后長期固定會導(dǎo)致肌肉僵化和運動神經(jīng)衰弱,最終致使患者運動能力下降。常規(guī)的治療手段如二次手術(shù)、超聲療法等價格昂貴且效果不佳,相較而言,康復(fù)鍛煉方法更為安全有效。而傳統(tǒng)康復(fù)鍛煉,主要以理療師為主患者為輔,患者參與感較弱,康復(fù)效果較慢且成本高。故研究一種發(fā)揮患者主觀能動性的腕康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)作為替代意義重大。本課題是基于表面肌電信號（surface electromyography,sEMG）控制的腕康復(fù)外骨骼系統(tǒng)的研究,具體內(nèi)容為腕康復(fù)外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計,sEMG-關(guān)節(jié)角度預(yù)測算法研究,基于sEMG的外骨骼控制方法研究以及相關(guān)實驗驗證。針對腕關(guān)節(jié)運動特點和人體腕部解剖結(jié)構(gòu),提出外骨骼機械機構(gòu)設(shè)計要求,介紹三自由度外骨骼的整體結(jié)構(gòu)和傳動方式;重點提出腕關(guān)節(jié)屈伸和尺橈偏運動過程中外骨骼和穿戴者關(guān)節(jié)錯位的問題,并分析關(guān)節(jié)錯位補償?shù)囊饬x,最后詳細(xì)介紹基于鋼絲繩驅(qū)動的雙平行關(guān)節(jié)錯位補償機構(gòu)。搭建sEMG和關(guān)節(jié)角度信號的采集實驗平臺,并制作訓(xùn)練集和測試集;然后基于提取sEMG的時域特征提出三種對sEMG特征處理的方法,分別為基于Relief F算法特征選擇、特征重采樣和特征時差補償,并引入相應(yīng)的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

腕關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練

(a)MIT-MAUS (b)MIME (c)上海交大康復(fù)機器人圖 1-1 機械臂式康復(fù)機器人針對脊髓損傷引起的偏癱設(shè)計的腕關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼 RiceWrist 如圖 1-2示。RiceWrist 采用四自由度串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖 1-2(b)所示，其中 3-RPS 構(gòu)能夠以較大力矩驅(qū)動外骨骼腕關(guān)節(jié)屈/伸和橈偏/尺偏兩個自由度，再串一個轉(zhuǎn)動自由度實現(xiàn)前臂的內(nèi)/外旋運動[19][20]。RiceWrist 相較于人體腕了一個自由度，目的是為了避免腕關(guān)節(jié)與外骨骼之間的錯位。但由于采結(jié)構(gòu)，該外骨骼在屈/伸運動范圍遠(yuǎn)小于人的腕關(guān)節(jié)活動范圍，而且為了動范圍，犧牲了外骨骼機器人的緊湊型。RiceWrist 最初設(shè)計了基于 PD 法的多種控制策略，其中有關(guān)節(jié)空間下軌跡規(guī)劃的位置控制，笛卡爾空跡規(guī)劃的位置控制，力控制。此外該外骨骼還利用力信號作為反饋，在實交互環(huán)境中進(jìn)行阻抗式、主動約束式和主動輔助式康復(fù)訓(xùn)練。被動式定軌跡帶動腕關(guān)節(jié)運動，主動輔助式設(shè)置了一個閾值交互力，只有當(dāng)康服了預(yù)定的閾值交互力才能觸發(fā)外骨骼帶動手腕運動，主動約束式，是帶動外骨骼克服粘性力達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。被動式和主動輔助式均采用 PD進(jìn)行控制，而主動約束模式采用阻抗控制。采用 RiceWrist 臨床實驗中發(fā)

圖 1-1 機械臂式康復(fù)機器人髓損傷引起的偏癱設(shè)計的腕關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼 RiceWrist 如圖Wrist 采用四自由度串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖 1-2(b)所示，其中 3-較大力矩驅(qū)動外骨骼腕關(guān)節(jié)屈/伸和橈偏/尺偏兩個自由度，自由度實現(xiàn)前臂的內(nèi)/外旋運動[19][20]。RiceWrist 相較于人由度，目的是為了避免腕關(guān)節(jié)與外骨骼之間的錯位。但由外骨骼在屈/伸運動范圍遠(yuǎn)小于人的腕關(guān)節(jié)活動范圍，而且犧牲了外骨骼機器人的緊湊型。RiceWrist 最初設(shè)計了基于控制策略，其中有關(guān)節(jié)空間下軌跡規(guī)劃的位置控制，笛卡位置控制，力控制。此外該外骨骼還利用力信號作為反饋境中進(jìn)行阻抗式、主動約束式和主動輔助式康復(fù)訓(xùn)練。被動腕關(guān)節(jié)運動，主動輔助式設(shè)置了一個閾值交互力，只有的閾值交互力才能觸發(fā)外骨骼帶動手腕運動，主動約束式骼克服粘性力達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。被動式和主動輔助式均采，而主動約束模式采用阻抗控制。采用 RiceWrist 臨床實驗康復(fù)者的腕關(guān)節(jié)運動順滑度和肌肉力量都有增加。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于表面肌電的運動意圖識別方法研究及應(yīng)用綜述[J]. 丁其川,熊安斌,趙新剛,韓建達(dá).  自動化學(xué)報. 2016(01)
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[3]基于SEA的機器人仿肌彈性驅(qū)動關(guān)節(jié)研究[J]. 何福本,梁延德,孫捷夫,郭超.  中國機械工程. 2014(07)
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博士論文
[1]套索驅(qū)動重力平衡上肢康復(fù)外骨骼研究[D]. 吳青聰.東南大學(xué) 2016
[2]基于sEMG信號的外骨骼式機器人上肢康復(fù)系統(tǒng)研究[D]. 李慶玲.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009

碩士論文
[1]肘腕關(guān)節(jié)康復(fù)機器人研制[D]. 王曉倩.燕山大學(xué) 2015
[2]基于肌電信號的肘關(guān)節(jié)生物力學(xué)建模[D]. 白杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]手部功能康復(fù)機器人電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 甘增康.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[4]基于表面肌電信號定量辨識的上肢康復(fù)機器人運動控制[D]. 孫欣.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[5]運動康復(fù)對于肘關(guān)節(jié)骨折療效評價的臨床研究[D]. 陳晟.南昌大學(xué) 2009
[6]不同活力水平和機能狀態(tài)下的sEMG信號時頻特征變化[D]. 邴強.浙江大學(xué) 2001



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