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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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