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臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

出版社：化學(xué)工業(yè)出版社出版時(shí)間：2024-02-01
開本： 16開 頁數(shù)： 137
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臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 版權(quán)信息

臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 本書特色

機(jī)器人應(yīng)用于康復(fù)保健領(lǐng)域是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，但目前臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和康復(fù)效果評估等方面的技術(shù)局限性，導(dǎo)致患者康復(fù)過程中存在康復(fù)舒適性差和康復(fù)效果不佳的問題。本書從臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、康復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和動(dòng)力學(xué)分析、康復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與魯棒性、康復(fù)效果評定方法和實(shí)驗(yàn)平臺研究等五方面對臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行較深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。本書具有以下兩大特點(diǎn)：（1）本書內(nèi)容針對下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人進(jìn)行研究，對緩解康復(fù)醫(yī)療資源供需矛盾，提高腦卒中患者的生活質(zhì)量，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加就業(yè)，對促進(jìn)社會(huì)和諧具有重要的意義。（2）本書研究內(nèi)容是作者多年科研成果的總結(jié)，具有重要的科研與實(shí)際應(yīng)用意義。

臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 內(nèi)容簡介

本書從臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、康復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和動(dòng)力學(xué)分析、康復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與魯棒性、康復(fù)效果評定方法和實(shí)驗(yàn)平臺五個(gè)方面對臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行較深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)。書中提出了具有針對性的、適合個(gè)性化訓(xùn)練的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，給出了機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)影響下的下肢關(guān)節(jié)角度內(nèi)在變化規(guī)律，揭示了臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人與人體運(yùn)動(dòng)特征匹配度的內(nèi)在關(guān)系，構(gòu)建了被動(dòng)、示教學(xué)習(xí)，以及助力和主動(dòng)阻抗等多種康復(fù)訓(xùn)練控制策略，同時(shí)建立了下肢康復(fù)程度評估模型，驗(yàn)證所提出的理論和方法的正確性。 本書可供從事康復(fù)機(jī)器機(jī)構(gòu)研究的工程技術(shù)人員與高等院校相關(guān)專業(yè)的師生閱讀參考。

臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 目錄

第1章 緒論 001
1.1 下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人研究的目的和意義 001
1.2 下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 002
1.2.1 懸掛式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 002
1.2.2 外骨骼式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 007
1.2.3 坐臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 009
1.3 下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制策略的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 014
1.3.1 被動(dòng)康復(fù)模式的控制策略 014
1.3.2 助力康復(fù)模式的控制策略 015
1.3.3 阻抗康復(fù)模式的控制策略 016
1.4 康復(fù)程度評估方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 017
1.5 本書主要內(nèi)容 018
1.6 整體技術(shù)研究路線 019

第2章 基于運(yùn)動(dòng)康復(fù)的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 021
2.1 概述 021
2.2 運(yùn)動(dòng)康復(fù)分析 021
2.3 人體下肢骨關(guān)節(jié)模型屈曲運(yùn)動(dòng)分析023
2.4 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)要求026
2.5 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)028
2.5.1 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)方案028
2.5.2 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人懸臂與蹬踏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)029
2.5.3 腿部輔助吊升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 031
2.5.4 底部支架與垂直升降結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 031
2.5.5 主要部件參數(shù)選定032
2.6 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析034
2.6.1 關(guān)鍵零部件有限元模型的建立034
2.6.2 關(guān)鍵零部件網(wǎng)格劃分035
2.6.3 關(guān)鍵零部件的有限元分析036
2.7 本章小結(jié)045

第3章 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析047
3.1 概述047
3.2 人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析047
3.2.1 人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模048
3.2.2 人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 053
3.3 人機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析 058
3.3.1 拉格朗日動(dòng)力學(xué)分析 058
3.3.2 人體下肢拉格朗日動(dòng)力學(xué)模型 061
3.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模 065
3.5 人機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)力學(xué)建模 066
3.6 人機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真 067
3.7 本章小結(jié) 071

第4章 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與魯棒性 072
4.1 概述 072
4.2 控制系統(tǒng)硬件組成 072
4.3 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制策略 074
4.3.1 基于模糊PID 控制算法的被動(dòng)康復(fù)控制策略 074
4.3.2 基于力、位反饋的被動(dòng)示教學(xué)習(xí)控制策略 078
4.3.3 助力控制策略 079
4.3.4 主動(dòng)阻抗控制策略 079
4.4 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)魯棒性 082
4.4.1 基于強(qiáng)跟蹤濾波的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)特性分析 083
4.4.2 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人伺服系統(tǒng)模型的建立 085
4.4.3 基于STF 的康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)濾波環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 088
4.5 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)與系統(tǒng)魯棒性仿真驗(yàn)證 090
4.5.1 控制系統(tǒng)仿真驗(yàn)證090
4.5.2 控制系統(tǒng)魯棒性仿真驗(yàn)證095
4.6 本章小結(jié)099

第5章 基于置信規(guī)則庫的人體下肢康復(fù)效果評估方法 100
5.1 概述 100
5.2 患者下肢肌力的評定 101
5.3 置信規(guī)則庫理論及應(yīng)用 102
5.4 基于BRB 的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人康復(fù)效果評估模型 103
5.4.1 基于ER 的規(guī)則推理過程 104
5.4.2 基于Fmincon 算法的BRB 參數(shù)優(yōu)化 106
5.5 基于BRB 的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人康復(fù)效果評估 107
5.5.1 BRB 健康評估模型的建立 107
5.5.2 仿真實(shí)驗(yàn) 108
5.5.3 對比分析 113
5.6 本章小結(jié) 114

第6章 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺 115
6.1 概述 115
6.2 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺簡介 115
6.3 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人人機(jī)界面軟件開發(fā) 116
6.4 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn) 118
6.4.1 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人檢測實(shí)驗(yàn)平臺 118
6.4.2 被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模式實(shí)驗(yàn) 120
6.4.3 康復(fù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)模式實(shí)驗(yàn) 122
6.4.4 助力康復(fù)訓(xùn)練模式實(shí)驗(yàn) 123
6.4.5 阻抗康復(fù)訓(xùn)練模式實(shí)驗(yàn) 125
6.4.6 康復(fù)訓(xùn)練控制系統(tǒng)魯棒性實(shí)驗(yàn) 126
6.5 本章小結(jié) 128

參考文獻(xiàn) 130
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臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 作者簡介

姜大偉，1979年11月生，教授，長春理工大學(xué)博士研究生畢業(yè)，碩士生導(dǎo)師，在工作期間，緊密結(jié)合吉林省醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品的研究方向，積極開展康復(fù)理療系列、康復(fù)器材系列、殘疾人輔助器具系列、無障礙設(shè)施系列等產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作，主持完成了系列肢體康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人研究項(xiàng)目，其中吉林省科技廳項(xiàng)目2項(xiàng)、教育廳項(xiàng)目2項(xiàng)、長春市科技局項(xiàng)目1項(xiàng)。作為主要完成人參與“基于訓(xùn)練路徑的上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究”和“基于仿生張拉整體結(jié)構(gòu)的可穿戴下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究”2項(xiàng)國家自然基金項(xiàng)目，參與完成國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）“中醫(yī)按摩機(jī)器人”子課題項(xiàng)目“四自由度按摩機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)與開發(fā)”項(xiàng)目，吉林省科技廳項(xiàng)目“上肢仿生康復(fù)外骨骼機(jī)器人設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究”項(xiàng)目。在肢體康復(fù)醫(yī)療器械方面解決了一系列結(jié)構(gòu)與控制方面的關(guān)鍵性技術(shù)難題，部分產(chǎn)品與技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。期間獲得授權(quán)國家發(fā)明專利30余項(xiàng)，實(shí)用新型專利40余項(xiàng)，發(fā)表論文20余篇。相關(guān)成果2013年榮獲吉林省科技廳舉辦“吉林省發(fā)明創(chuàng)造大賽”二等獎(jiǎng)；2014年專利成果榮獲吉林省政府頒發(fā)“吉林省專利獎(jiǎng)”；2015年榮獲吉林省自然學(xué)術(shù)成果委員會(huì)頒發(fā)“吉林省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)；2016年專利成果榮獲吉林省政府頒發(fā)“吉林省專利金獎(jiǎng)”；2016年研究成果榮獲長春市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；2018年研究成果榮獲吉林省科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)；2020年獲吉林省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；2021年獲吉林省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

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