眾所周知,通過醫(yī)務(wù)人員的護(hù)理和輔助訓(xùn)練來改進(jìn)患者下肢運(yùn)動功能是相對安全有效的途徑。但是,由于人口老年化問題,患者的增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過為全部運(yùn)動功能障礙的患者數(shù)提供醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行輔助功能訓(xùn)練的能力�；跈C(jī)器人系統(tǒng)與生物醫(yī)學(xué)工程原理的外骨骼機(jī)器人的出現(xiàn)為廣大患者帶來了福音,能幫助患者在無人照顧情況下進(jìn)行一定程度的有效康復(fù)訓(xùn)練。通過外骨骼機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練使患者下肢能像健康人一樣運(yùn)動或行走是設(shè)計下肢康復(fù)機(jī)器人的目的。因此,可以反過來將人體的步態(tài)運(yùn)動特性經(jīng)過優(yōu)化處理后用于下肢康復(fù)機(jī)器人的仿人控制器設(shè)計和實時訓(xùn)練中。如何對捕獲的運(yùn)動特性進(jìn)行有效處理,設(shè)計仿人控制器,并將其應(yīng)用于下肢康復(fù)機(jī)器人實時輔助訓(xùn)練中,已經(jīng)成為現(xiàn)階段下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計和控制的一個研究熱點。因此,本文基于人體的運(yùn)動機(jī)理進(jìn)行下肢外骨骼機(jī)器人動力學(xué)建模和控制系統(tǒng)設(shè)計展開相關(guān)研究。主要研究內(nèi)容包括:（1）基于人體運(yùn)動特性的下肢動力學(xué)與運(yùn)行學(xué)分析。本文采用NOKOV三維紅外式動作捕捉設(shè)備和三維測力平臺設(shè)備進(jìn)行人體的步態(tài)運(yùn)動數(shù)據(jù)和足底力數(shù)據(jù)采集。由于采集過程中受到外界擾動的影響,故利用最小二乘法和最小濾波法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。由于處理后的數(shù)據(jù)無法直... 

【文章來源】：中原工學(xué)院河南省

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ReWalk外骨骼機(jī)器人日本HAL

4動意圖。CAC運(yùn)動模式主要是通過穿戴者在行走過程中重心的變化來控制外骨骼機(jī)器人。當(dāng)穿戴者有初步的運(yùn)動時，機(jī)器人內(nèi)部會篩選出一條適合的步態(tài)軌跡以及足底力的變化反饋給外骨骼機(jī)器人的控制系統(tǒng)，從而來判斷穿戴者的運(yùn)動意圖。圖1.2HAL外骨骼機(jī)器人美國EKSOGTEksoGT外骨骼機(jī)器人主要為由于中風(fēng)偏癱、脊椎損傷導(dǎo)致下肢運(yùn)動障礙的患者提供康復(fù)訓(xùn)練幫助他們重新站立和行走[27-28]，如圖1.3所示。EksoGT外骨骼機(jī)器人利用多個傳感器來實時檢測患者的運(yùn)動情況，通過判斷患者的下肢受損程度，算出患者行走過程中具體需要幫助的程度。若是健康的人穿上EksoGT之后，它不會給給予任何幫助，而對于完全沒有行走能力的患者，EksoGT會完全代替患者行走。行走的速度也是由患者本身的情況決定的。EksoGT使用電池供電，電池使用時間約為3小時，足夠一次物理治療使用，整套設(shè)備采用了鋁鈦合金材質(zhì)，雖然重達(dá)23kg，但這些重量不會直接作用于患者，這個設(shè)備在使用過程中不僅能為患者提供適當(dāng)?shù)膭恿�，激發(fā)患者的潛能，而且能夠確�；颊卟粫さ�。EksoGT外骨骼機(jī)器人在使用時，穿戴者可以通過拐杖上的按鈕來控制外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動，并通過檢測穿戴者運(yùn)動過程中重心的變化和身體關(guān)節(jié)力矩的變化來確定穿戴者的運(yùn)動意圖[28]，從而反饋給控制系統(tǒng)驅(qū)動下肢外骨骼機(jī)器人能夠按照期望軌跡運(yùn)動。

5國外的外骨骼機(jī)器人價格都相對昂貴，僅在一些醫(yī)院及康復(fù)中心使用，一般的普通家庭負(fù)擔(dān)不起，而且對基于人體運(yùn)動步態(tài)數(shù)據(jù)的機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究目前還處于改進(jìn)試驗階段。圖1.3EksoGT外骨骼機(jī)器人1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)對下肢外骨骼機(jī)器人的研究主要以高校和公司為主。深圳市邁步機(jī)器人深圳市邁步機(jī)器人科技有限公司是新加坡和日本的海歸博士組合共同創(chuàng)立，其研發(fā)的邁步機(jī)器人有6關(guān)節(jié)自由度：雙側(cè)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和髖部旋轉(zhuǎn)輔助環(huán)節(jié)，重量大約在12kg，其外骨骼機(jī)器人的尺寸可以手動調(diào)節(jié)，如圖1.4所示。邁步機(jī)器人采用的是柔性驅(qū)動器，它在運(yùn)動過程數(shù)據(jù)不僅可以實時反饋，而且控制更加穩(wěn)定、精確，從而保證人在穿戴過程中的安全性。全國首款采用柔性驅(qū)動器的下肢外骨骼機(jī)器人。邁步機(jī)器人最近發(fā)布的第三代外骨骼機(jī)器人通過人體骨骼肌的分析，可以更加準(zhǔn)確了解患者行走過程中的步態(tài)和足底情況，幫助患者恢復(fù)正常行走能力。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人主動控制的研究[D]. 李峰.上海大學(xué) 2014
[2]用于行走功能恢復(fù)的硬膜外脊髓電刺激系統(tǒng)研究[D]. 周慧.華中科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]外骨骼機(jī)器人仿人運(yùn)動姿態(tài)建模及控制仿真研究[D]. 陳梁軍.合肥工業(yè)大學(xué) 2017
[2]康復(fù)運(yùn)載型下肢外骨骼的步態(tài)規(guī)劃與軌跡跟蹤控制研究[D]. 王錫坤.南京理工大學(xué) 2017
[3]人體運(yùn)動捕獲數(shù)據(jù)關(guān)鍵幀提取算法研究[D]. 楊濤.南京理工大學(xué) 2014
[4]下肢外骨骼助力機(jī)器人系統(tǒng)研究[D]. 楊杰乾.哈爾濱工程大學(xué) 2012



本文編號：3293332