發(fā)布時間：2022-01-02 07:23

　　腕關節(jié)術后長期固定會導致肌肉僵化和運動神經衰弱,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、超聲療法等價格昂貴且效果不佳,相較而言,康復鍛煉方法更為安全有效。而傳統(tǒng)康復鍛煉,主要以理療師為主患者為輔,患者參與感較弱,康復效果較慢且成本高。故研究一種發(fā)揮患者主觀能動性的腕康復訓練機器人系統(tǒng)作為替代意義重大。本課題是基于表面肌電信號（surface electromyography,sEMG）控制的腕康復外骨骼系統(tǒng)的研究,具體內容為腕康復外骨骼結構設計,sEMG-關節(jié)角度預測算法研究,基于sEMG的外骨骼控制方法研究以及相關實驗驗證。針對腕關節(jié)運動特點和人體腕部解剖結構,提出外骨骼機械機構設計要求,介紹三自由度外骨骼的整體結構和傳動方式;重點提出腕關節(jié)屈伸和尺橈偏運動過程中外骨骼和穿戴者關節(jié)錯位的問題,并分析關節(jié)錯位補償的意義,最后詳細介紹基于鋼絲繩驅動的雙平行關節(jié)錯位補償機構。搭建sEMG和關節(jié)角度信號的采集實驗平臺,并制作訓練集和測試集;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,并引入相應的... 

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

【文章頁數】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

腕關節(jié)康復訓練

(a)MIT-MAUS (b)MIME (c)上海交大康復機器人圖 1-1 機械臂式康復機器人針對脊髓損傷引起的偏癱設計的腕關節(jié)康復外骨骼 RiceWrist 如圖 1-2示。RiceWrist 采用四自由度串并混聯(lián)結構如圖 1-2(b)所示，其中 3-RPS 構能夠以較大力矩驅動外骨骼腕關節(jié)屈/伸和橈偏/尺偏兩個自由度，再串一個轉動自由度實現(xiàn)前臂的內/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節(jié)與外骨骼之間的錯位。但由于采結構，該外骨骼在屈/伸運動范圍遠小于人的腕關節(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 最初設計了基于 PD 法的多種控制策略，其中有關節(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)境中進行阻抗式、主動約束式和主動輔助式康復訓練。被動式定軌跡帶動腕關節(jié)運動，主動輔助式設置了一個閾值交互力，只有當康服了預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到預定的目標。被動式和主動輔助式均采用 PD進行控制，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 機械臂式康復機器人髓損傷引起的偏癱設計的腕關節(jié)康復外骨骼 RiceWrist 如圖Wrist 采用四自由度串并混聯(lián)結構如圖 1-2(b)所示，其中 3-較大力矩驅動外骨骼腕關節(jié)屈/伸和橈偏/尺偏兩個自由度，自由度實現(xiàn)前臂的內/外旋運動[19][20]。RiceWrist 相較于人由度，目的是為了避免腕關節(jié)與外骨骼之間的錯位。但由外骨骼在屈/伸運動范圍遠小于人的腕關節(jié)活動范圍，而且犧牲了外骨骼機器人的緊湊型。RiceWrist 最初設計了基于控制策略，其中有關節(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行阻抗式、主動約束式和主動輔助式康復訓練。被動腕關節(jié)運動，主動輔助式設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到預定的目標。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 臨床實驗康復者的腕關節(jié)運動順滑度和肌肉力量都有增加。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]套索驅動重力平衡上肢康復外骨骼研究[D]. 吳青聰.東南大學 2016
[2]基于sEMG信號的外骨骼式機器人上肢康復系統(tǒng)研究[D]. 李慶玲.哈爾濱工業(yè)大學 2009

碩士論文
[1]肘腕關節(jié)康復機器人研制[D]. 王曉倩.燕山大學 2015
[2]基于肌電信號的肘關節(jié)生物力學建模[D]. 白杰.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]手部功能康復機器人電氣控制系統(tǒng)的設計與研究[D]. 甘增康.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[4]基于表面肌電信號定量辨識的上肢康復機器人運動控制[D]. 孫欣.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[5]運動康復對于肘關節(jié)骨折療效評價的臨床研究[D]. 陳晟.南昌大學 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 2001



本文編號：3563743