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內(nèi)容簡介

　　本書從臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人機械結(jié)構(gòu)、康復(fù)運動規(guī)劃和動力學(xué)分析、康復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計與魯棒性、康復(fù)效果評定方法和實驗平臺五個方面對臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人關(guān)鍵技術(shù)進行較深入的理論分析和實驗。書中提出了具有針對性的、適合個性化訓(xùn)練的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，給出了機器人結(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)練機器人與人體運動特征匹配度的內(nèi)在關(guān)系，構(gòu)建了被動、示教學(xué)習(xí)，以及助力和主動阻抗等多種康復(fù)訓(xùn)練控制策略，同時建立了下肢康復(fù)程度評估模型，驗證所提出的理論和方法的正確性。本書可供從事康復(fù)機器機構(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。

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)練機器人研究項目，其中吉林省科技廳項目2項、教育廳項目2項、長春市科技局項目1項。作為主要完成人參與“基于訓(xùn)練路徑的上肢康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究”和“基于仿生張拉整體結(jié)構(gòu)的可穿戴下肢康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究”2項國家自然基金項目，參與完成國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）“中醫(yī)按摩機器人”子課題項目“四自由度按摩機器人手臂設(shè)計與開發(fā)”項目，吉林省科技廳項目“上肢仿生康復(fù)外骨骼機器人設(shè)計方法及應(yīng)用研究”項目。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，實用新型專利40余項，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；2014年專利成果榮獲吉林省政府頒發(fā)“吉林省專利獎”；2015年榮獲吉林省自然學(xué)術(shù)成果委員會頒發(fā)“吉林省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎”二等獎；2016年專利成果榮獲吉林省政府頒發(fā)“吉林省專利金獎”；2016年研究成果榮獲長春市科技進步獎一等獎；2018年研究成果榮獲吉林省科技進步獎三等獎；2020年獲吉林省科技進步二等獎；2021年獲吉林省科技進步三等獎。

圖書目錄

第1章緒論 001
1.1 下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人研究的目的和意義 001
1.2 下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人機械結(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)練機器人 002
1.2.2 外骨骼式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人 007
1.2.3 坐臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人 009
1.3 下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人控制策略的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 014
1.3.1 被動康復(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章基于運動康復(fù)的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 021
2.1 概述 021
2.2 運動康復(fù)分析 021
2.3 人體下肢骨關(guān)節(jié)模型屈曲運動分析023
2.4 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人設(shè)計要求026
2.5 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計028
2.5.1 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人整體結(jié)構(gòu)方案028
2.5.2 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人懸臂與蹬踏結(jié)構(gòu)設(shè)計029
2.5.3 腿部輔助吊升結(jié)構(gòu)設(shè)計 031
2.5.4 底部支架與垂直升降結(jié)構(gòu)設(shè)計 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)練機器人系統(tǒng)運動學(xué)與動力學(xué)分析047
3.1 概述047
3.2 人機系統(tǒng)運動學(xué)分析047
3.2.1 人機系統(tǒng)運動學(xué)建模048
3.2.2 人機系統(tǒng)運動學(xué)仿真 053
3.3 人機系統(tǒng)動力學(xué)分析 058
3.3.1 拉格朗日動力學(xué)分析 058
3.3.2 人體下肢拉格朗日動力學(xué)模型 061
3.4 驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)建模 065
3.5 人機協(xié)調(diào)動力學(xué)建模 066
3.6 人機系統(tǒng)動力學(xué)仿真 067
3.7 本章小結(jié) 071
第4章臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與魯棒性 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)練機器人控制策略 074
4.3.1 基于模糊PID 控制算法的被動康復(fù)控制策略 074
4.3.2 基于力、位反饋的被動示教學(xué)習(xí)控制策略 078
4.3.3 助力控制策略 079
4.3.4 主動阻抗控制策略 079
4.4 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人控制系統(tǒng)魯棒性 082
4.4.1 基于強跟蹤濾波的臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人控制系統(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)練運動控制系統(tǒng)濾波環(huán)節(jié)設(shè)計 088
4.5 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人控制系統(tǒng)與系統(tǒng)魯棒性仿真驗證 090
4.5.1 控制系統(tǒng)仿真驗證090
4.5.2 控制系統(tǒng)魯棒性仿真驗證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 仿真實驗 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)練機器人實驗平臺 115
6.1 概述 115
6.2 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人實驗平臺簡介 115
6.3 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人人機界面軟件開發(fā) 116
6.4 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人相關(guān)實驗 118
6.4.1 臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人檢測實驗平臺 118
6.4.2 被動康復(fù)訓(xùn)練模式實驗 120
6.4.3 康復(fù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)模式實驗 122
6.4.4 助力康復(fù)訓(xùn)練模式實驗 123
6.4.5 阻抗康復(fù)訓(xùn)練模式實驗 125
6.4.6 康復(fù)訓(xùn)練控制系統(tǒng)魯棒性實驗 126
6.5 本章小結(jié) 128
參考文獻 130