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面向下肢康复的柔性外骨骼机器人进展研究 被引量：14
1
作者 孟琳 董洪涛 +2 位作者 侯捷 刘源 明东 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期206-217,共12页
作为近年来新兴的机器人技术,柔性外骨骼结合了柔性驱动和可穿戴机构,有效解决了传统刚性外骨骼机器人重量大、顺应性差、效率低、穿戴舒适性差的问题,因此尤其适用于运动障碍患者的辅助行走及运动康复,已成为主动康复领域发展的重要方... 作为近年来新兴的机器人技术,柔性外骨骼结合了柔性驱动和可穿戴机构,有效解决了传统刚性外骨骼机器人重量大、顺应性差、效率低、穿戴舒适性差的问题,因此尤其适用于运动障碍患者的辅助行走及运动康复,已成为主动康复领域发展的重要方向之一。本综述聚焦下肢柔性外骨骼助行机器人近十年的创新与应用进展,收集整理了60篇目标文献,其中,线驱动50篇,气动驱动7篇,其他驱动3篇,从柔性驱动结构设计、控制方法、康复应用3个方面对相关研究进行剖析讨论。目前,柔性外骨骼主要以线驱动和位置控制研究为主,发展方向为设备轻量化,驱动柔顺化,并结合电生理信号研究和人机交互理论以期降低人体代谢。相关临床试验表明柔性外骨骼有利于患者步态的对称性增强,步速增加,更接近于正常步态。未来,柔性外骨骼机器人有望为步态障碍患者带来更好的主动康复效果和穿戴体验。 展开更多
关键词 康复 柔性外骨骼 下肢助行 康复机器人
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柔性外骨骼手的抓取力控制方法 被引量：11
2
作者 刘自文 赵亮 +5 位作者 于鹏 杨铁 杨洋 常俊玲 赵新刚 刘连庆 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期483-492,共10页
为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索... 为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索入口侧线张力计算得到手指指尖与物体之间的接触力.针对套索传动过程中存在的摩擦损耗问题,通过物理方法将套索累计弯曲角度的变化范围限制在0。.90。范围内,并采用中值补偿的方法对摩擦损耗进行补偿.最后通过柔性外骨骼手套抓取力控制实验验证了手指静态力学模型以及摩擦补偿方法的有效性,手指指尖接触力的误差最大范围为±1N.为了验证柔性外骨骼手套的实际使用效果,在丧失手部运动功能的患者身上进行了柔性外骨骼手套的抓取实验.实验结果表明,柔性外骨骼手套可以辅助患者完成对日常生活用品的可靠抓取. 展开更多
关键词 柔性外骨骼 仿生学 摩擦补偿 静态力学模型 抓取力控制
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基于SMA驱动模块的腕部柔性外骨骼设计 被引量：4
3
作者 谢巧莲 孟巧玲 +4 位作者 曾庆鑫 戴玥 吴志宇 陈立宇 喻洪流 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期406-413,共8页
针对外骨骼机器人在仿生性、便携性及人机交互性上的问题,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)驱动模块的腕部柔性外骨骼.首先,研究SMA弹簧的最大可回复拉伸长度与相变温度特性,建立SMA驱动模块的SMA弹簧与锰钢片的混合模型.然后,根据人体... 针对外骨骼机器人在仿生性、便携性及人机交互性上的问题,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)驱动模块的腕部柔性外骨骼.首先,研究SMA弹簧的最大可回复拉伸长度与相变温度特性,建立SMA驱动模块的SMA弹簧与锰钢片的混合模型.然后,根据人体腕关节运动范围和所需拉力,对该混合模型进行参数优化.最后,提出了一种弹性元件势能、风冷和高低电流切换混合的SMA弹簧冷却方法,设计了基于运动角度和相变温度反馈的控制方法.为了验证腕部柔性外骨骼的实际使用效果,进行穿戴训练和测温实验.实验结果表明,该外骨骼的仿生性和柔顺性符合人体腕关节运动特性,其轻质、便携性可提高日常生活活动辅助效果. 展开更多
关键词 形状记忆合金(SMA) 柔性外骨骼 柔性驱动器 仿生性 腕部外骨骼
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踝助力外衣的研制与跖屈肌群肌电信号评价
4
作者 张雷雨 叶土仙 +3 位作者 高翔 张斐然 李剑锋 苏鹏 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第17期67-78,共12页
随着国防装备发展及人口老龄化加剧,战场士兵、部队后勤及老年人口等对下肢柔性外骨骼的需求急剧升高,进而研制了穿戴性好、人机相容性高、助力性能优的便携式踝助力外衣系统。基于踝关节生理特征与人体下肢参数,对踝助力外衣本体和驱... 随着国防装备发展及人口老龄化加剧,战场士兵、部队后勤及老年人口等对下肢柔性外骨骼的需求急剧升高,进而研制了穿戴性好、人机相容性高、助力性能优的便携式踝助力外衣系统。基于踝关节生理特征与人体下肢参数,对踝助力外衣本体和驱动单元进行工效学设计和实物研制,并将驱动单元放置于腰部,尽可能降低小腿和足部的附加质量。基于踝关节生物力矩特征,建立期望辅助力模型,采用实验测量的办法,获得助力外衣及局部软组织的系统刚度,将期望辅助力模型转换为驱动单元的位移模型。基于人体下肢步态的周期性,设计以迭代学习控制算法为核心的控制器,通过迭代学习历史时刻的输出误差,对期望辅助力模型进行不断追踪。为评估助力外衣的助力效果,通过测量穿戴者的跖屈肌肉群肌电信号,分析肌肉激活程度和疲劳变化:在踝助力外衣的辅助下,不同行走速度的肌肉激活程度均明显下降,以腓肠肌外侧变化最为显著,腓肠肌内侧肌肉激活程度平均下降了9.62%±1.12%;平均功率频率和中位频率的变化斜率绝对值均得到一定程度的下降,肌肉疲劳速率下降、疲劳程度降低,进而下肢行走耐力增强。 展开更多
关键词 柔性外骨骼 踝关节助力 迭代学习控制 肌电信号:性能评估
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柔性外骨骼服装面料的性能 被引量：2
5
作者 王子帅 傅宏俊 钟智丽 《上海纺织科技》 北大核心 2020年第11期9-12,32,共5页
为了研究柔性外骨骼服可选用的面料,通过比较刚性和柔性外骨骼的优势,指出纺织品同样可应用于柔性外骨骼服装的制作。综述了国外最新柔性下肢外骨骼的特点以及采用纺织品的面料和性能,提出将潜水料应用到柔性外骨骼服装中。测试了潜水... 为了研究柔性外骨骼服可选用的面料,通过比较刚性和柔性外骨骼的优势,指出纺织品同样可应用于柔性外骨骼服装的制作。综述了国外最新柔性下肢外骨骼的特点以及采用纺织品的面料和性能,提出将潜水料应用到柔性外骨骼服装中。测试了潜水料的基本性能、外观形态、舒适性能及物理机械性能,并与棉织物进行对比。结果表明:潜水料比棉织物硬挺,折痕回复性较好,保暖性好,弹性好,强度高;3种潜水料中,SCR潜水料的综合性能更加优越,是柔性外骨骼服装非直接受力部位的首选面料。 展开更多
关键词 医用纺织品 舒适性 机械性能 柔性外骨骼 功能服 潜水料
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形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计 被引量：3
6
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. 展开更多
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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面向航空防护救生的软质外骨骼助力控制策略研究 被引量：1
7
作者 徐大文 吴青聪 陆龙海 《航空科学技术》 2020年第8期68-72,共5页
本文设计了一种面向航空防护救生领域的可穿戴软质外骨骼系统,该系统包含软质外骨骼服、数据采集系统、传感检测模块以及控制模块。提出了基于关节力矩估计的助力控制策略,主要包括对肌电信号的采集、滤波和非线性映射。最后通过试验验... 本文设计了一种面向航空防护救生领域的可穿戴软质外骨骼系统,该系统包含软质外骨骼服、数据采集系统、传感检测模块以及控制模块。提出了基于关节力矩估计的助力控制策略,主要包括对肌电信号的采集、滤波和非线性映射。最后通过试验验证了此系统在轻度、中度以及重度负载下都有一定的助力效果,满足航空防护救生系统减轻飞行员肌肉疲劳,增强其自然作业能力,保证飞行员安全的需求。 展开更多
关键词 可穿戴软质外骨骼 航空防护救生 关节力矩估计 助力控制策略
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基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统研究 被引量：6
8
作者 高诺 陈鹏程 《生物医学工程研究》 2022年第1期32-40,共9页
基于脑机接口和虚拟现实技术在康复医学中的巨大应用潜力,以及目前手部康复系统中存在的若干问题,本研究提出一种基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统。与传统康复外骨骼相比,该软康复系统适配不同脑卒中患者手部,允许手和手指... 基于脑机接口和虚拟现实技术在康复医学中的巨大应用潜力,以及目前手部康复系统中存在的若干问题,本研究提出一种基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统。与传统康复外骨骼相比,该软康复系统适配不同脑卒中患者手部,允许手和手指在非驱动方向上运动,重量轻、便于携带、透气性强、安全性高。在脑机接口(brain computer interface,BCI)和虚拟现实环境帮助下,系统可以协助患者主动完成康复训练任务,并通过特定游戏任务,为患者提供运动感觉和本体感觉反馈,在康复过程中提高患者大脑可塑性,改善运动神经功能重塑。相关实验结果说明,本研究系统结构稳定、性能可靠,脑电信号分析准确率满足系统要求,脑机接口与虚拟现实的结合可以有效激活相对应脑区,为脑功能重塑与脑神经重建奠定了理论基础。 展开更多
关键词 脑中风 脑电信号处理 康复任务策略 手部软康复外骨骼 虚拟环境 弯曲度传感器
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软质肘关节外骨骼的肌力矩估计与神经网络补偿协调控制
9
作者 吴青聪 陈柏 +3 位作者 张祖国 梁聪慧 黎雄 吴洪涛 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第23期2868-2875,共8页
为辅助偏瘫患者进行多模式肘关节康复训练,研制了一种软质肘关节康复外骨骼机器人,并提出了一种基于人体肌力矩估计与自适应神经网络补偿的协调控制策略。利用表面肌电信号来识别人体的运动意图并调整康复训练轨迹,采用Lyapunov方法证... 为辅助偏瘫患者进行多模式肘关节康复训练,研制了一种软质肘关节康复外骨骼机器人,并提出了一种基于人体肌力矩估计与自适应神经网络补偿的协调控制策略。利用表面肌电信号来识别人体的运动意图并调整康复训练轨迹,采用Lyapunov方法证明了控制算法的闭环控制稳定性。搭建了实时控制实验平台,并开展了基于运动意图的轨迹跟踪实验与自由主动训练实验。实验结果表明,所提控制策略能保证被动训练过程的轨迹跟踪精度,并且可以根据患者的运动意图调整主动训练过程的运动轨迹,实现不同强度的主动康复训练。 展开更多
关键词 软质肘关节外骨骼 肌力矩估计 自适应神经网络 运动意图 协调控制
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