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SMA驱动手指康复机器人模糊自适应控制方法研究
被引量：
2
1
作者
王扬威
吕佩伦
+1 位作者
郑舒方
王奔
《重庆理工大学学报（自然科学）》
CAS
北大核心
2023年第2期316-323,共8页
针对形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝驱动手指康复机器人弯曲角度难以精确控制的情况,提出一种模糊自适应PID控制算法,该方法基于手指康复机器人的运动学模型和合金丝驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用模糊自适应参数...
针对形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝驱动手指康复机器人弯曲角度难以精确控制的情况,提出一种模糊自适应PID控制算法,该方法基于手指康复机器人的运动学模型和合金丝驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用模糊自适应参数实现位置控制。搭建手指康复机器人实验测试平台,分别采用传统PID和模糊自适应PID控制方法对食指进行位置控制实验,并分析稳定后食指各关节位置的控制效果。研究结果表明与传统PID控制算法相比,模糊自适应控制算法相比于PID控制达到角度稳态时间提高2~3 s,调节时间更短,位置误差2°,在外界扰动条件下能在3 s内完成自适应调节,具有较强的鲁棒性,能够更好地补偿SMA相变过程中的迟滞问题,证明了方法的有效性。
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关键词
手指
康复
机器人
形状记忆合金丝
模糊自适应
位姿控制
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职称材料
末端牵引式手指康复机器人设计及其柔顺性控制方法
被引量：
5
2
作者
王洪波
闫勇敢
+1 位作者
王辛诚
林木松
《中国科技论文》
CAS
北大核心
2020年第7期743-749,共7页
针对现有康复设备存在柔顺性不足、难以适应手部狭小活动空间等问题,设计了一种可实现手指屈伸、收展的末端牵引式手指康复机器人,并对其人机模型进行运动学、动力学分析。提出了一种基于手指训练位姿的阻抗控制模型,实现了面向手部关...
针对现有康复设备存在柔顺性不足、难以适应手部狭小活动空间等问题,设计了一种可实现手指屈伸、收展的末端牵引式手指康复机器人,并对其人机模型进行运动学、动力学分析。提出了一种基于手指训练位姿的阻抗控制模型,实现了面向手部关节的机器人变刚度设计。为了对机器人的性能进行验证,搭建了相关实验平台。实验结果表明,变刚度设计能实现不同训练位置处对应刚度的设定,基于训练中的手指位姿信息的阻抗控制器能够实现手指康复训练时的柔顺性控制。
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关键词
手指
康复
机器人
变刚度
阻抗控制
柔顺性
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职称材料
手指康复机器人串联弹性驱动器的设计与仿真
被引量：
3
3
作者
杨成阳
尤跃东
赵岩
《机械制造》
2016年第7期4-7,共4页
为了实现手指康复机器人的串联弹性驱动器的可靠输出,建立了该串联弹性驱动器的动力学模型,得到了开环传递函数和闭环传递函数,通过Nyquist(奈氏)和Bode(伯德)图对系统的稳定性进行了分析。最终使用Simulink软件对动力学模型进行了仿真...
为了实现手指康复机器人的串联弹性驱动器的可靠输出,建立了该串联弹性驱动器的动力学模型,得到了开环传递函数和闭环传递函数,通过Nyquist(奈氏)和Bode(伯德)图对系统的稳定性进行了分析。最终使用Simulink软件对动力学模型进行了仿真,得到了该系统在不同的弹性系数下的阶跃与正弦的跟踪响应。仿真结果表明,该驱动器模型在特定的弹性系数范围内输出很稳定。
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关键词
外骨骼
手指
康复
机器人
串联弹性驱动器
动力学模型
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职称材料
渐进式手指康复机器人结构设计及控制系统设计
被引量：
2
4
作者
钟明伟
冯永飞
+1 位作者
陈哲铭
金迪
《机械设计》
CSCD
北大核心
2022年第10期27-33,共7页
针对现有手指康复机器人穿戴不便、价格昂贵、不易居家使用等问题,文中提出了一种居家渐进式手指康复机器人,通过对人体手部生理特性分析,确定了握拳、伸掌等人手日常动作过程中手指的运动规律。该装置通过模拟康复医师渐进屈伸患者手...
针对现有手指康复机器人穿戴不便、价格昂贵、不易居家使用等问题,文中提出了一种居家渐进式手指康复机器人,通过对人体手部生理特性分析,确定了握拳、伸掌等人手日常动作过程中手指的运动规律。该装置通过模拟康复医师渐进屈伸患者手掌的过程,实现手指的屈曲与伸展的渐进训练,同时还具有单指与多指的组合训练功能。通过SolidWorks软件对该装置进行了建模和结构设计,并对其进行运动学分析,通过Qt软件为开发环境编写的上位机软件,结合Stm32单片机建立了该装置的控制系统。最后,通过物理样机验证了该机器人在患者被动康复训练过程中运动中的平稳性。
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关键词
手指
康复
机器人
结构设计
运动学
控制系统设计
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职称材料
手指康复机器人的设计与研究
5
作者
齐贺男
吴学锋
李东亚
《机电工程技术》
2022年第2期59-62,共4页
手指康复机器人是一种特殊的新型机器人,为临床手功能障碍患者提供新的治疗方案,可以有效帮助患者顺利完成康复训练活动。旨在设计一款手指康复机器人,用机器人来代替康复理疗师的工作。通过分析人手的生理学结构与生物机能,得到了人手...
手指康复机器人是一种特殊的新型机器人,为临床手功能障碍患者提供新的治疗方案,可以有效帮助患者顺利完成康复训练活动。旨在设计一款手指康复机器人,用机器人来代替康复理疗师的工作。通过分析人手的生理学结构与生物机能,得到了人手的运动状态。对手指空间机构分析,选择单自由度手指机械结构。为解决手关节康复角度与垂直力的问题,引入滑块与导轨机构,运用Creo三维软件完成手指康复机器人模型。通过D-H方法,分析手指康复机器人的正逆运动学,建立雅克比矩阵,完成动力学方程。选择适当的电机类型与传动方式,模块化设计出手指康复机器人。为了提高康复过程中感知能力,设计并研究力与位置传感器应用范围。实验结果表明,该手指康复机器人可以完成患者的康复训练活动,有利于未来医疗行业的发展。
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关键词
手指
康复
机器人
D-H方法
雅克比矩阵
模块化
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职称材料
仿肌腱式线驱柔性手指康复机器人设计与制备
6
作者
陈家怡
朱姿娜
《机械工程与自动化》
2022年第6期106-109,共4页
当今社会人口老龄化严重,由疾病、意外伤害等因素引发的手部复健需求日益增加,为此提出一种运用CMF要素的仿肌腱式线驱动手指康复机器人结构。通过对人类肌肉骨骼系统的仿生分析,设计了基于线驱动的柔性手指康复机器人结构模型,采用3D...
当今社会人口老龄化严重,由疾病、意外伤害等因素引发的手部复健需求日益增加,为此提出一种运用CMF要素的仿肌腱式线驱动手指康复机器人结构。通过对人类肌肉骨骼系统的仿生分析,设计了基于线驱动的柔性手指康复机器人结构模型,采用3D打印模具及硅胶浇筑方式制备了柔性手指康复机器人本体,其具有优异的抗撕裂性、高抗拉强度等优势,且成本低,便于清洗,穿戴舒适度好。
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关键词
仿肌腱式
线驱动
柔性
机器
手指
康复
机器人
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职称材料
欠驱动式外骨骼手指康复机器人的设计和仿真
被引量：
3
7
作者
张帆
郭书祥
魏巍
《天津理工大学学报》
2015年第2期30-34,共5页
本文提出一种新的基于脑电信号控制的外骨骼手指康复机器人系统,该系统主要由外骨骼手指康复机器人、脑电信号系统(EEG)、肌电信号系统(EMG)、人机交互系统、电机控制单元、相关传感器和工作站组成.患者通过外界的视觉刺激产生脑电信号...
本文提出一种新的基于脑电信号控制的外骨骼手指康复机器人系统,该系统主要由外骨骼手指康复机器人、脑电信号系统(EEG)、肌电信号系统(EMG)、人机交互系统、电机控制单元、相关传感器和工作站组成.患者通过外界的视觉刺激产生脑电信号,工作站经过对这些信号采集和处理后传递给电机控制单元控制,并驱动电机实现穿戴在患者手上的外骨骼手指机器人运动,辅助其完成康复训练.该机器人主要采用欠驱动的方式,由安装在手背处的电机带动同步齿形带传动机构实现机器的三个关节的弯曲和伸展运动.文章主要利用UG软件对手指机器人进行设计和ADAMS软件进行运动仿真.根据机器人运动轨迹和机器人末端的运动参数曲线可以看出该手指机器人具有运动平稳,不存在运动死点等特点,且机器人能满足人体手指的运动要求,符合人体工学的设计特点,仿真实验证明能够辅助患者进行重复性康复训练.
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关键词
外骨骼
手指
康复
机器人
欠驱动
运动学仿真
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职称材料
形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计
被引量：
3
8
作者
王扬威
吕佩伦
+2 位作者
郑舒方
王奔
李健
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第12期2340-2348,共9页
为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的手指功能康复装置.建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控...
为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的手指功能康复装置.建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控制方法,研制手指功能康复外骨骼样机,进行样机的运动性能和控制性能实验.结果表明,仿生外骨骼实现了预期的手指被动康复运动,拇指、食指和中指的最大弯曲角度与人体手指的弯曲角度相近,分别为130.5°、236.4°、242.5°;仿生外骨骼能够辅助手指完成日常抓握动作;模糊神经网络PID相比于传统PID控制,有效缩短了仿生外骨骼的响应时间,手指的屈伸康复频率为6次/min.
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关键词
手指
功能
康复
机器人
形状记忆合金(SMA)丝
软体外骨骼结构
模糊神经网络PID
位姿控制
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职称材料
题名
SMA驱动手指康复机器人模糊自适应控制方法研究
被引量：
2
1
作者
王扬威
吕佩伦
郑舒方
王奔
机构
东北林业大学机电工程学院
出处
《重庆理工大学学报（自然科学）》
CAS
北大核心
2023年第2期316-323,共8页
基金
国家自然科学基金项目(52075089)
黑龙江省自然科学基金项目(LH2019E008)
。
文摘
针对形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝驱动手指康复机器人弯曲角度难以精确控制的情况,提出一种模糊自适应PID控制算法,该方法基于手指康复机器人的运动学模型和合金丝驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用模糊自适应参数实现位置控制。搭建手指康复机器人实验测试平台,分别采用传统PID和模糊自适应PID控制方法对食指进行位置控制实验,并分析稳定后食指各关节位置的控制效果。研究结果表明与传统PID控制算法相比,模糊自适应控制算法相比于PID控制达到角度稳态时间提高2~3 s,调节时间更短,位置误差2°,在外界扰动条件下能在3 s内完成自适应调节,具有较强的鲁棒性,能够更好地补偿SMA相变过程中的迟滞问题,证明了方法的有效性。
关键词
手指
康复
机器人
形状记忆合金丝
模糊自适应
位姿控制
Keywords
finger rehabilitation robot
shape memory alloy wire
fuzzy adaptive
pose control
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
下载PDF
职称材料
题名
末端牵引式手指康复机器人设计及其柔顺性控制方法
被引量：
5
2
作者
王洪波
闫勇敢
王辛诚
林木松
机构
燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室
燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室
出处
《中国科技论文》
CAS
北大核心
2020年第7期743-749,共7页
基金
河北省重点研发计划项目(19211820D)
国家自然科学基金资助项目(U1913216)
上海市2019年度“科技创新行动计划”生物医药领域科技支撑项目(19441908200)。
文摘
针对现有康复设备存在柔顺性不足、难以适应手部狭小活动空间等问题,设计了一种可实现手指屈伸、收展的末端牵引式手指康复机器人,并对其人机模型进行运动学、动力学分析。提出了一种基于手指训练位姿的阻抗控制模型,实现了面向手部关节的机器人变刚度设计。为了对机器人的性能进行验证,搭建了相关实验平台。实验结果表明,变刚度设计能实现不同训练位置处对应刚度的设定,基于训练中的手指位姿信息的阻抗控制器能够实现手指康复训练时的柔顺性控制。
关键词
手指
康复
机器人
变刚度
阻抗控制
柔顺性
Keywords
finger rehabilitation robot
variable stiffness
impedance control
compliance control
分类号
TH772 [机械工程—仪器科学与技术]
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职称材料
题名
手指康复机器人串联弹性驱动器的设计与仿真
被引量：
3
3
作者
杨成阳
尤跃东
赵岩
机构
江苏大学机械工程学院
出处
《机械制造》
2016年第7期4-7,共4页
基金
江苏省科技型企业技术创新资金项目(编号:SBC2014011096)
文摘
为了实现手指康复机器人的串联弹性驱动器的可靠输出,建立了该串联弹性驱动器的动力学模型,得到了开环传递函数和闭环传递函数,通过Nyquist(奈氏)和Bode(伯德)图对系统的稳定性进行了分析。最终使用Simulink软件对动力学模型进行了仿真,得到了该系统在不同的弹性系数下的阶跃与正弦的跟踪响应。仿真结果表明,该驱动器模型在特定的弹性系数范围内输出很稳定。
关键词
外骨骼
手指
康复
机器人
串联弹性驱动器
动力学模型
Keywords
Exoskeleton Finger Rehabilitation Robot Series Elastic Actuator Kinetic Model
分类号
TH123 [机械工程—机械设计及理论]
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
渐进式手指康复机器人结构设计及控制系统设计
被引量：
2
4
作者
钟明伟
冯永飞
陈哲铭
金迪
机构
宁波大学机械工程与力学学院
出处
《机械设计》
CSCD
北大核心
2022年第10期27-33,共7页
基金
浙江省自然科学基金项目(LQ21E050008)
浙江省教育厅科研项目(Y2019413350)
宁波市自然科学基金(2019A610110)。
文摘
针对现有手指康复机器人穿戴不便、价格昂贵、不易居家使用等问题,文中提出了一种居家渐进式手指康复机器人,通过对人体手部生理特性分析,确定了握拳、伸掌等人手日常动作过程中手指的运动规律。该装置通过模拟康复医师渐进屈伸患者手掌的过程,实现手指的屈曲与伸展的渐进训练,同时还具有单指与多指的组合训练功能。通过SolidWorks软件对该装置进行了建模和结构设计,并对其进行运动学分析,通过Qt软件为开发环境编写的上位机软件,结合Stm32单片机建立了该装置的控制系统。最后,通过物理样机验证了该机器人在患者被动康复训练过程中运动中的平稳性。
关键词
手指
康复
机器人
结构设计
运动学
控制系统设计
Keywords
finger-rehabilitation robot
structure design
kinematics
design of control system
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
下载PDF
职称材料
题名
手指康复机器人的设计与研究
5
作者
齐贺男
吴学锋
李东亚
机构
苏州大学应用技术学院工学院
出处
《机电工程技术》
2022年第2期59-62,共4页
基金
2020年第二批苏州高等职业教学教改研究课题项目(编号:SGJGB0225)
2020年江苏高校哲学社会科学研究一般项目(编号:2020SJA2330)。
文摘
手指康复机器人是一种特殊的新型机器人,为临床手功能障碍患者提供新的治疗方案,可以有效帮助患者顺利完成康复训练活动。旨在设计一款手指康复机器人,用机器人来代替康复理疗师的工作。通过分析人手的生理学结构与生物机能,得到了人手的运动状态。对手指空间机构分析,选择单自由度手指机械结构。为解决手关节康复角度与垂直力的问题,引入滑块与导轨机构,运用Creo三维软件完成手指康复机器人模型。通过D-H方法,分析手指康复机器人的正逆运动学,建立雅克比矩阵,完成动力学方程。选择适当的电机类型与传动方式,模块化设计出手指康复机器人。为了提高康复过程中感知能力,设计并研究力与位置传感器应用范围。实验结果表明,该手指康复机器人可以完成患者的康复训练活动,有利于未来医疗行业的发展。
关键词
手指
康复
机器人
D-H方法
雅克比矩阵
模块化
Keywords
finger rehabilitation robot
D-H method
Jacobian matrix
modularization
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
仿肌腱式线驱柔性手指康复机器人设计与制备
6
作者
陈家怡
朱姿娜
机构
上海工程技术大学机械与汽车工程学院
出处
《机械工程与自动化》
2022年第6期106-109,共4页
基金
上海工程技术大学大学生创新训练项目(CX2101015)。
文摘
当今社会人口老龄化严重,由疾病、意外伤害等因素引发的手部复健需求日益增加,为此提出一种运用CMF要素的仿肌腱式线驱动手指康复机器人结构。通过对人类肌肉骨骼系统的仿生分析,设计了基于线驱动的柔性手指康复机器人结构模型,采用3D打印模具及硅胶浇筑方式制备了柔性手指康复机器人本体,其具有优异的抗撕裂性、高抗拉强度等优势,且成本低,便于清洗,穿戴舒适度好。
关键词
仿肌腱式
线驱动
柔性
机器
手指
康复
机器人
Keywords
tendon-imitation
wire-driven
flexible machine
finger rehabilitation robot
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
欠驱动式外骨骼手指康复机器人的设计和仿真
被引量：
3
7
作者
张帆
郭书祥
魏巍
机构
天津理工大学机械工程学院
天津理工大学自动化学院
日本香川大学工学部
出处
《天津理工大学学报》
2015年第2期30-34,共5页
基金
天津市自然科学基金(201310060034)
文摘
本文提出一种新的基于脑电信号控制的外骨骼手指康复机器人系统,该系统主要由外骨骼手指康复机器人、脑电信号系统(EEG)、肌电信号系统(EMG)、人机交互系统、电机控制单元、相关传感器和工作站组成.患者通过外界的视觉刺激产生脑电信号,工作站经过对这些信号采集和处理后传递给电机控制单元控制,并驱动电机实现穿戴在患者手上的外骨骼手指机器人运动,辅助其完成康复训练.该机器人主要采用欠驱动的方式,由安装在手背处的电机带动同步齿形带传动机构实现机器的三个关节的弯曲和伸展运动.文章主要利用UG软件对手指机器人进行设计和ADAMS软件进行运动仿真.根据机器人运动轨迹和机器人末端的运动参数曲线可以看出该手指机器人具有运动平稳,不存在运动死点等特点,且机器人能满足人体手指的运动要求,符合人体工学的设计特点,仿真实验证明能够辅助患者进行重复性康复训练.
关键词
外骨骼
手指
康复
机器人
欠驱动
运动学仿真
Keywords
exoskeleton finger rehabilitation robot
underactuation method
kinematic simulation
分类号
TN99 [电子电信—信号与信息处理]
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职称材料
题名
形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计
被引量：
3
8
作者
王扬威
吕佩伦
郑舒方
王奔
李健
机构
东北林业大学机电工程学院
出处
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第12期2340-2348,共9页
基金
国家自然科学基金资助项目(52075089)
黑龙江省自然科学基金资助项目(LH2019E008)。
文摘
为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的手指功能康复装置.建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控制方法,研制手指功能康复外骨骼样机,进行样机的运动性能和控制性能实验.结果表明,仿生外骨骼实现了预期的手指被动康复运动,拇指、食指和中指的最大弯曲角度与人体手指的弯曲角度相近,分别为130.5°、236.4°、242.5°;仿生外骨骼能够辅助手指完成日常抓握动作;模糊神经网络PID相比于传统PID控制,有效缩短了仿生外骨骼的响应时间,手指的屈伸康复频率为6次/min.
关键词
手指
功能
康复
机器人
形状记忆合金(SMA)丝
软体外骨骼结构
模糊神经网络PID
位姿控制
Keywords
finger functional rehabilitation robot
shape memory alloy(SMA)wire
soft exoskeleton structure
fuzzy neural network PID
posture control
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
SMA驱动手指康复机器人模糊自适应控制方法研究
王扬威
吕佩伦
郑舒方
王奔
《重庆理工大学学报（自然科学）》
CAS
北大核心
2023
2
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职称材料
2
末端牵引式手指康复机器人设计及其柔顺性控制方法
王洪波
闫勇敢
王辛诚
林木松
《中国科技论文》
CAS
北大核心
2020
5
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职称材料
3
手指康复机器人串联弹性驱动器的设计与仿真
杨成阳
尤跃东
赵岩
《机械制造》
2016
3
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职称材料
4
渐进式手指康复机器人结构设计及控制系统设计
钟明伟
冯永飞
陈哲铭
金迪
《机械设计》
CSCD
北大核心
2022
2
下载PDF
职称材料
5
手指康复机器人的设计与研究
齐贺男
吴学锋
李东亚
《机电工程技术》
2022
0
下载PDF
职称材料
6
仿肌腱式线驱柔性手指康复机器人设计与制备
陈家怡
朱姿娜
《机械工程与自动化》
2022
0
下载PDF
职称材料
7
欠驱动式外骨骼手指康复机器人的设计和仿真
张帆
郭书祥
魏巍
《天津理工大学学报》
2015
3
下载PDF
职称材料
8
形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计
王扬威
吕佩伦
郑舒方
王奔
李健
《浙江大学学报（工学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
3
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职称材料
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