發(fā)布時間：2017-03-20 20:03

  本文關(guān)鍵詞：基于運動學習的對稱型下肢康復訓練器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國殘疾人口基數(shù)較大,并且仍在增長,其中下肢殘疾患者占比較高。如何使這些人早日康復,重新回歸到正常生活中來,一直是我們需要解決的問題。人體下肢在結(jié)構(gòu)和功能上的對稱性,使得通過對稱型下肢訓練器對患者進行康復訓練成為可能。人體肌肉活動所產(chǎn)生的表面肌電信號反映了人體運動的特性,根據(jù)人體下肢肌電信號進行康復訓練器控制是進行對稱型下肢訓練器控制系統(tǒng)設(shè)計的重要方法。本文根據(jù)人體結(jié)構(gòu)和運動的對稱性特征,進行了基于肌電特征值閾值控制的對稱型下肢康復訓練器研究。研究內(nèi)容包括:肌電信號的采集與特征值提取;下肢康復訓練器機構(gòu)設(shè)計;基于肌電信號特征值的康復評價指標的有效性證明;基于肌電信號的下肢康復訓練器的控制方法設(shè)計。首先,在了解康復機器人發(fā)展現(xiàn)狀的情況下,介紹了人體下肢生理學基礎(chǔ)和運動特征,闡述了肌電信號的產(chǎn)生機理和信號特點;設(shè)計了基于LABVIEW的肌電信號采集系統(tǒng),并通過對采集的信號進行濾波、放大、轉(zhuǎn)換等預處理,提取了肌電積分值、均方根、平均功率頻率等3個特征值;以3個特征值為輸入量,設(shè)計了基于支持向量機的下肢動作識別模式,取得了可信的識別結(jié)果。其次,基于人體下肢結(jié)構(gòu)和功能的對稱性,在充分考慮安全性和實用性基礎(chǔ)上,設(shè)計了對稱型下肢康復訓練器的整體方案,利用SolidWorks對康復訓練器進行了機構(gòu)設(shè)計、3D建模、關(guān)鍵核心部件校核和選型;根據(jù)設(shè)計方案,建立了訓練器的數(shù)學模型,并對機構(gòu)進行了運動學分析。最后,基于表面肌電信號的特征值,研究了肌電信號與Holden評價階段的對應關(guān)系,揭示了特征值與康復過程的內(nèi)在關(guān)系。研究表明,肌電特征值能夠反映不同的康復狀態(tài),可以作為康復指標,用于康復評價。設(shè)計了基于表面肌電信號閾值控制的訓練器控制方式,該控制方式通過比較特征值與預設(shè)響應閾值和復位閾值的關(guān)系進行訓練器控制。當特征值小于響應閾值時,系統(tǒng)靜止;當特征值處于預設(shè)響應閾值和復位閾值之間時,系統(tǒng)正向運動;當特征值大于預設(shè)復位閾值時,系統(tǒng)反向運動;從而實現(xiàn)了對訓練器運動關(guān)節(jié)的控制。
【關(guān)鍵詞】：下肢 對稱性 肌電信號 康復訓練器
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R496;TP242.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外下肢康復機器人的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3 本文主要的研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 2 下肢生理學基礎(chǔ)與肌電信號特征值提取18-33
• 2.1 人體解剖學術(shù)語及定義18-21
• 2.1.1 概述18-19
• 2.1.2 下肢骨骼解剖結(jié)構(gòu)與功能19
• 2.1.3 下肢肌肉解剖結(jié)構(gòu)與功能19-20
• 2.1.4 人體下肢基本參數(shù)20-21
• 2.2 人體行走步態(tài)分析21-23
• 2.2.1 人體步態(tài)周期分析21-22
• 2.2.2 人體跨步分析22-23
• 2.3 下肢表面肌電信號的獲取與識別23-26
• 2.3.1 表面肌電信號的產(chǎn)生機理23-24
• 2.3.2 表面肌電信號的獲取24
• 2.3.3 基于LABVIEW的肌電采集系統(tǒng)24-26
• 2.4 表面肌電信號預處理與特征提取26-30
• 2.4.1 表面肌電信號的分析方法26-30
• 2.4.2 表面肌電信號的運動模式識別方法30
• 2.5 基于支持向量機(SVM)的步態(tài)識別30-32
• 2.5.1 支持向量機30-31
• 2.5.2 步態(tài)識別31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 3 對稱型下肢康復訓練器機構(gòu)設(shè)計33-46
• 3.1 下肢康復訓練器機構(gòu)設(shè)計要求33-34
• 3.2 下肢康復訓練器結(jié)構(gòu)設(shè)計34-38
• 3.2.1 機械系統(tǒng)功能實現(xiàn)34-35
• 3.2.2 對稱性機械結(jié)構(gòu)設(shè)計35
• 3.2.3 驅(qū)動制動一體化器件的選型35-38
• 3.3 下肢康復訓練器運動學分析38-43
• 3.3.1 運動學模型建立38-41
• 3.3.2 下肢康復訓練器運動學正解41-42
• 3.3.3 下肢康復訓練器運動學逆解42-43
• 3.4 運動學仿真43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 基于肌電信號特征值的康復評定指標46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 下肢康復評定手段46-47
• 4.3 表面肌電信號在下肢康復評定實驗研究47-52
• 4.3.1 肌電信號測試系統(tǒng)48-49
• 4.3.2 基于肌電信號的康復評定實驗49-51
• 4.3.3 實驗數(shù)據(jù)分析51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 基于表面肌電的下肢康復訓練器控制方法研究53-60
• 5.1 基于肌電信號的控制方法53-54
• 5.2 基于響應閾值和復位閾值的控制54-55
• 5.3 閾值控制實驗驗證55-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 總結(jié)與展望60-62
• 總結(jié)60
• 展望60-62
• 參考文獻62-65
• 致謝65-66
• 個人簡歷66

【參考文獻】

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本文編號：258345