康復(fù)機(jī)器人：設(shè)計(jì)、建模、控制與實(shí)驗(yàn)

目錄
前言
第1章緒論1
1.1神經(jīng)損傷與神經(jīng)康復(fù)1
1.1.1中樞神經(jīng)損傷1
1.1.2中樞神經(jīng)損傷的康復(fù)治療3
1.1.3神經(jīng)康復(fù)的可塑性原理4
1.2康復(fù)機(jī)器人4
第2章康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀與分析6
2.1引言6
2.2上肢康復(fù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與分析6
2.2.1主要的上肢康復(fù)機(jī)器人平臺(tái)6
2.2.2上肢康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀分析12
2.3下肢康復(fù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與分析12
2.3.1傳統(tǒng)下肢康復(fù)訓(xùn)練方法和簡易下肢康復(fù)器械12
2.3.2下肢康復(fù)機(jī)器人的主要類型14
2.3.3行走站立式下肢康復(fù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀16
2.3.4坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀20
2.3.5下肢康復(fù)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析22
第3章上肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)25
3.1引言25
3.2系統(tǒng)介紹與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)25
3.2.1系統(tǒng)介紹25
3.2.2機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)26
3.2.3工作空間與奇異性分析27
3.2.4運(yùn)動(dòng)學(xué)分析31
3.2.5速度運(yùn)動(dòng)學(xué)與力反饋分析34
3.3電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)36
3.3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)36
3.3.2驅(qū)動(dòng)電路37
3.4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)37
3.4.1系統(tǒng)架構(gòu)37
3.4.2工作流程及主要模塊實(shí)現(xiàn)38
3.4.3虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)例40
3.5小結(jié)41
第4章下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)42
4.1引言42
4.2下肢機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)42
4.2.1現(xiàn)有下肢機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)方法43
4.2.2本書的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和相關(guān)優(yōu)化算法46
4.2.3新型下肢機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化48
4.2.4新型下肢機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析60
4.2.5仿真與討論64
4.3其他主要機(jī)構(gòu)67
4.3.1新型坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人整體介紹67
4.3.2就座工藝和相關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)68
4.3.3個(gè)性化調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)75
4.4電控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)78
4.5小結(jié)81
第5章康復(fù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模82
5.1引言82
5.2機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析82
5.2.1拉格朗日法82
5.2.2降維模型法88
5.2.3動(dòng)力學(xué)方程性質(zhì)93
5.3人機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析94
5.3.1問題簡化94
5.3.2拉格朗日–達(dá)朗貝爾方法94
5.3.3工作空間模型推導(dǎo)法97
5.4基于動(dòng)力學(xué)模型的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制仿真100
5.4.1計(jì)算轉(zhuǎn)矩控制100
5.4.2人機(jī)交互系統(tǒng)仿真101
5.4.3仿真結(jié)果103
5.5小結(jié)105
第6章康復(fù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)辨識(shí)106
6.1引言106
6.2機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)辨識(shí)方法的研究現(xiàn)狀106
6.2.1一步辨識(shí)法與分步辨識(shí)法106
6.2.2動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模108
6.2.3激勵(lì)軌跡設(shè)計(jì)與優(yōu)化109
6.2.4參數(shù)估計(jì)算法111
6.2.5傳統(tǒng)系統(tǒng)辨識(shí)方法應(yīng)用于下肢康復(fù)機(jī)器人時(shí)存在的問題及解決辦法111
6.3下肢機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模112
6.3.1慣性系統(tǒng)建模113
6.3.2關(guān)節(jié)摩擦力建模115
6.3.3初始動(dòng)力學(xué)模型117
6.4激勵(lì)軌跡設(shè)計(jì)和優(yōu)化118
6.4.1激勵(lì)軌跡設(shè)計(jì)及優(yōu)化問題的建立118
6.4.2SPSO算法119
6.4.3間接隨機(jī)生成算法120
6.4.4激勵(lì)軌跡優(yōu)化問題求解121
6.5下肢機(jī)構(gòu)PDM的改進(jìn)123
6.5.1第一種改進(jìn)算法：遞歸簡化算法123
6.5.2第二種改進(jìn)算法：遞歸優(yōu)化算法127
6.6實(shí)驗(yàn)與討論129
6.6.1參數(shù)估計(jì)實(shí)驗(yàn)130
6.6.2動(dòng)力學(xué)模型PDM、SDM、ODM及CDM性能的比較實(shí)驗(yàn)134
6.6.3討論138
6.7小結(jié)138
第7章基于生物電信號(hào)的人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別139
7.1引言139
7.2sEMG信號(hào)的特點(diǎn)及預(yù)處理方法139
7.3基于sEMG模式分類的意圖識(shí)別141
7.3.1特征提取142
7.3.2特征分類146
7.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析148
7.4基于sEMG估計(jì)肢體關(guān)節(jié)角度153
7.4.1基于sEMG估計(jì)肢體關(guān)節(jié)角度的非線性模型153
7.4.2數(shù)據(jù)采集與處理方法154
7.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析156
7.5基于sEMG估計(jì)肢體的關(guān)節(jié)主動(dòng)力/力矩162
7.5.1基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)力估計(jì)163
7.5.2基于肌肉骨骼模型的主動(dòng)力矩估計(jì)170
7.6基于EEG的人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別方法180
7.6.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和EEG信號(hào)的采集180
7.6.2基于EEG的ADL分類181
7.6.3分類結(jié)果及討論189
7.7小結(jié)191
第8章人機(jī)交互控制與康復(fù)訓(xùn)練方法192
8.1引言192
8.2被動(dòng)訓(xùn)練中的控制策略192
8.2.1位置控制策略193
8.2.2主動(dòng)柔順控制198
8.2.3仿真202
8.2.4實(shí)驗(yàn)209
8.3主動(dòng)訓(xùn)練中的交互控制策略211
8.3.1參考位置的生成212
8.3.2實(shí)現(xiàn)患者的運(yùn)動(dòng)意圖214
8.3.3自適應(yīng)人機(jī)交互接口214
8.3.4仿真與實(shí)驗(yàn)220
8.4基于sEMG的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練228
8.4.1sEMG的采集和處理228
8.4.2阻尼式主動(dòng)訓(xùn)練231
8.4.3彈簧式主動(dòng)訓(xùn)練234
8.5基于FES技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練237
8.5.1FES原理及應(yīng)用現(xiàn)狀237
8.5.2FES輔助康復(fù)踏車訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)學(xué)與人體骨骼肌模型241
8.5.3基于模糊迭代學(xué)習(xí)的電刺激康復(fù)踏車控制方法244
8.6小結(jié)257
第9章康復(fù)機(jī)器人臨床試驗(yàn)與康復(fù)評(píng)定258
9.1康復(fù)機(jī)器人臨床研究的現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析258
9.2臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)與訓(xùn)練過程260
9.2.1研究目的260
9.2.2上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)介紹260
9.2.3病例選擇標(biāo)準(zhǔn)261
9.2.4訓(xùn)練方案262
9.2.5臨床試驗(yàn)過程264
9.3量表評(píng)定265
9.3.1量表評(píng)定方法265
9.3.2統(tǒng)計(jì)學(xué)分析265
9.3.3量表評(píng)定結(jié)果及分析265
9.4基于機(jī)器人傳感信息的康復(fù)評(píng)定267
9.4.1患者在機(jī)器人輔助訓(xùn)練中的規(guī)律性現(xiàn)象268
9.4.2基于機(jī)器人傳感信息的評(píng)價(jià)指標(biāo)270
9.4.3機(jī)器人評(píng)價(jià)指標(biāo)與FM-UL量表評(píng)分的線性回歸模型272
9.4.4肌電信號(hào)對康復(fù)評(píng)定的有效補(bǔ)充274
9.4.5機(jī)器人康復(fù)評(píng)定技術(shù)小結(jié)279
9.5本章臨床試驗(yàn)的幾點(diǎn)不足279
9.6小結(jié)280
第10章總結(jié)與展望281
10.1本書內(nèi)容總結(jié)281
10.2技術(shù)展望282
參考文獻(xiàn)285