上肢康复外骨骼机构的人机工效学设计方法与性能实验研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675008
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

For the goals to achieve the human-machine kingmatic compatibility, and to improve the wearing comfort and motion synchronicity of the upper-limb rehabilitation exoskeletons, the ergonomic design method of the rehabilitation exoskeleton mechanisms is studied in this project. The major subjects studied in the project including: The kinematic model of human upper limb, in which the instantaneous variability of the revolute center/axis of human shoulder/elbow joints is taken into account; The type synthesis of the exoskeleton mechanisms being kinematically compatible with human upper limb, in which the load characteristic of the upper limb and the transmission efficiency of human-machine joint spaces are concurrently considered; The analysis and evaluation method of the human-machine motion synchronicity and the transmission efficiency of joint spaces, which are respectively based on the position solution analysss of human-machie closed chain and the mapping analysis between human and exoskeleton joint spaces; The analysis and evaluation method of the wearing comfort of exoskeleton mechanisms, which is based on the dynamic modeling of human-machine closed chain and the human-machine restriction analysis. On the basis of above works, a systemic ergonomic design method of the exoskeleton mechanisms is supposed to be proposed. Moreover, in order to verify the validity of the presented design method, an experiment system will be developed, and with which the performance experimental studies of the exoskeleton mechanism designed by the proposed design method are carried out. The significance of this project is in that a systemic ergonomic design method of the rehabilitation exoskeleton mechanisms is proposed, and the exoskeleton mechanism which be able to improve the kinematic compatibility, to reduce the human-machine restriction and motion offset is acquired. As the result, the motion synchronicity, wearing comfort and safety of human upper-limb rehabilitation training can be improved.
项目以穿戴型上肢康复外骨骼机构为研究对象,以实现人机运动相容、降低人机约束强度和人机运动偏离为宗旨,研究可改善康复训练舒适性、运动与力传递特性和运动协同性的上肢康复外骨骼机构的人机工效学设计方法,并结合康复外骨骼机构的设计及其性能实验研究检验设计方法的有效性。主要内容包括:考虑肩/肘关节转心/转轴瞬变属性影响的上肢运动学模型研究,兼顾肢体负载特性与传递效益的人机相容性构型综合研究,基于人机闭链位置解析的运动协同性分析与评估方法研究,基于关节空间映射建模的传递效益分析与评估方法研究,基于人机闭链动力学建模和人机约束力/矩分析的舒适性分析与评估方法研究,以及上肢康复外骨骼机构性能实验系统的研制与性能实验研究。项目目标是提出较为系统的上肢康复外骨骼机构的人机工效学方法,设计出可有效改善人机运动相容性和传递特性、降低人机运动偏离和约束强度的康复外骨骼机构,以提高康复训练的舒适性、协同性与安全性。

结项摘要

在国家自然科学基金面上项目资助下,项目组以实现人-机运动学相容、降低人-机约束强度及人-机运动偏离,进而改善上肢康复外骨骼的物理人-机交互性能为研究目标,针对可有效改善上肢康复外骨骼的人-机相容性与穿戴舒适性、提高外骨骼的运动与力传递效益和人-机运动协同性的人机工效学设计方法展开了深入研究,研制了穿戴式上肢康复外骨骼物理样机,开展了上肢康复外骨骼样机的物理人-机交互性能测试与脑卒中患者试验应用。本项目的主要贡献包括:建立了考虑肩/肘关节转心/转轴瞬变属性和运动耦合影响的人体上肢运动学模型;提出了人-机相容性上肢康复外骨骼的构型综合方法及人-机空间多环闭链的位置解析方法;建立了人-机关节空间运动/力映射模型和人-机多环闭链的动力学模型;结合人-机闭链的运动学与动力学分析,定义了上肢康复外骨骼的人-机相容性、运动协同性、穿戴舒适性和人-机关节空间传递效益指标;在此基础上,提出了基于度量指标的外骨骼物理人-机交互性能的评估与设计方法。上肢康复外骨骼样机的人-机交互性能性能测试结果和脑卒中患者的试验应用效果,验证了本项目提出的上肢康复外骨骼人机工效学设计方法的合理性与有效性。

项目成果

期刊论文数量(36)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(14)
穿戴式柔性下肢助力外骨骼发展现状及关键技术分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李剑锋;李国通;张雷雨;陶春静;季润
  • 通讯作者:
    季润
A theoretical analysis and finite element simulation of fixator–bone system stiffness on healing progression
固定器骨系统刚度对愈合进展的理论分析和有限元模拟
  • DOI:
    10.1177/2280800017750357
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Jianfeng Li;Xia Zhao;Xiaojie Hu;Chunjing Tao;Run Ji
  • 通讯作者:
    Run Ji
一种康复外骨骼的人-机重力平衡策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    北京工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李剑锋;赵朋波;张雷雨;陶春静;季润;刘钧辉
  • 通讯作者:
    刘钧辉
手部外骨骼人机运动学相容性设计综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李剑锋;张兆晶;张雷雨;陶春静;季润
  • 通讯作者:
    季润
Investigation of load transfer process between external fixator and bone model by experimental and finite element methods
通过实验和有限元方法研究外固定器与骨模型之间的载荷传递过程
  • DOI:
    10.1177/00380385211011569
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Xia Zhao;Jianfeng Li;Ying Chen;Chunjing Tao;Run Ji
  • 通讯作者:
    Run Ji

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其他文献

大口径望远镜主镜位置控制系统设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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基于生成对抗网络的伪码调相脉冲多普勒引信 引导式干扰方法
  • DOI:
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  • 期刊:
    兵工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李剑锋;闫晓鹏;郝新红;于洪海
  • 通讯作者:
    于洪海
跨组织再造的行为模式研究
  • DOI:
    10.1093/acrefore/9780190625979.013.94
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    商业时代
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李剑锋;翟军;林岩
  • 通讯作者:
    林岩
绿色合成纳米铁类芬顿氧化处理水中苯酚
  • DOI:
    10.16796/j.cnki.1000-3770.2019.05.014
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    水处理技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱永昌;李剑锋;刘妍君;任静;陈祖亮;程芳琴
  • 通讯作者:
    程芳琴

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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