含被动关节上肢康复外骨骼机构训练性能与穿戴舒适度的数值化评价研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51705007
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万
- 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:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:李方; 赵霞; 张春召; 刘钧辉; 赵朋波;
- 关键词:
项目摘要
The upper-limb rehabilitation exoskeleton mechanism is the most critical method for making up the insufficient of the manual rehabilitation and reducing the intensive workload of physicians. The rehabilitation performance and the wearable comfort are the core indicators of the rehabilitation exoskeleton. The human-machine kinematics incompatibility and misalignments deteriorate the rehabilitation performance and the wearable comfort significantly, and block the wide applications of the rehabilitation exoskeleton. Hence, this project will systematically study the kinematics and constraint forces/ torques in the human-machine system by the theoretical analysis, numerical analysis and experiments. The optimum configuration of the passive joints is synthesized and the compatible exoskeleton mechanism is designed by means of the self-aligned and auto-aligned methods. The kinematic model, dynamic model and analytical expressions of the positions are established. The performance test and measurement system for the compatible exoskeleton are constructed based on the optimum configuration and parameters. Furthermore, the transmission effects of the kinematics and constraint forces/ torques during the rehabilitation process are analyzed and calculated. The numerical analysis and assessment methods of the rehabilitation performance and the wearable comfort are proposed on the basis of the theoretical analysis , the numerical simulation and experimental results. The results of this project will supply the theoretical basis for design of the exoskeleton mechanism and formulating the rehabilitation plan scientifically.
上肢康复外骨骼机构是弥补人工康复训练不足、降低医师工作强度的关键设备,训练性能和穿戴舒适度是衡量康复外骨骼的核心指标,人机运动不相容及运动偏离导致训练性能和穿戴舒适度下降,成为上肢康复外骨骼广泛应用的主要障碍。本项目采用理论分析、数值仿真和实验研究方法,系统地研究人机闭链之间的运动和约束力/矩的传递规律,揭示导致人机运动不相容的机理。拟基于关节轴线(转心)自对齐和免对齐方法,综合出与人体上肢运动学相容的被动关节构型,构建兼顾型康复外骨骼机构。建立人机闭链的运动学、位置解析及耦合动力学模型,进行外骨骼机构的构型优选、参数优化,搭建兼顾型外骨骼机构的性能实验和测量系统。研究人体上肢在训练过程中运动、约束力/矩传递效益,结合理论分析和数值仿真,开展实验研究,提出针对训练性能和穿戴舒适度的数值化分析与评估方法。本项目成果为外骨骼机构设计、制定科学的康复训练计划提供依据。
结项摘要
上肢康复外骨骼机构是弥补人工康复训练不足、降低医师工作强度的关键设备,人机运动不相容及运动偏离导致训练性能和穿戴舒适度下降,成为上肢康复外骨骼广泛应用的主要障碍。本项目综合出与人体上肢运动学相容的被动关节构型,建立人机闭链的运动学模型并进行位置解析,分析上肢在不同抬升面下的被动副运动轨迹,进行外骨骼机构的构型优选、参数优化和工作空间分析。设计并研制了两代兼顾型康复外骨骼,在重量、工作空间和人机兼容性进行优化,提高该康复外骨骼的样机性能。通过增加位移传感器和扭矩传感器,搭建外骨骼机构的性能实验和测量系统。制定实验研究方案,在不同实验条件和被动关节构型下,验证了被动关节能够较好地跟随并补偿盂肱关节的位置浮动,分析被动关节构型对盂肱关节的影响规律。在抬升实验中,被动关节的双向运动轨迹无法重合且形成封闭空间,由于人体软组织和连接环节的影响,被动关节表现出很强的迟滞效应。通过被动副的锁死和释放,验证了被动副关节可大幅降低人机连接环节约束力,外骨骼第二关节的扭矩下降可达64%,提高外骨骼的穿戴舒适度。
项目成果
期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(6)
人机相容型肩关节康复外骨骼机构的运动学与灵活性分析
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:李剑锋;刘钧辉;张雷雨;陶春静;季润;赵朋波
- 通讯作者:赵朋波
Design and Kinematic Analysis of Co-Exoskeleton with Passive Translational Joints for Upper-Limb Rehabilitation
上肢康复用被动平移关节联合外骨骼的设计与运动学分析
- DOI:10.1142/s0219843618500202
- 发表时间:2018-09
- 期刊:International Journal of Humanoid Robotics
- 影响因子:1.5
- 作者:Leiyu Zhang;Jianfeng Li;Junhui Liu;Peng Su;Chunzhao Zhang
- 通讯作者:Chunzhao Zhang
Influence of a Compatible Design on Physical Human-Robot Interaction Force: a Case Study of a Self-Adapting Lower-Limb Exoskeleton Mechanism
兼容设计对人机物理交互力的影响:自适应下肢外骨骼机构案例研究
- DOI:10.1007/s10846-019-01063-5
- 发表时间:2020-05-01
- 期刊:JOURNAL OF INTELLIGENT & ROBOTIC SYSTEMS
- 影响因子:3.3
- 作者:Li, Jianfeng;Zuo, Shiping;Ji, Run
- 通讯作者:Ji, Run
Research on Attitude Interpolation and Tracking Control Based on Improved Orientation Vector SLERP Method
基于改进方向矢量SLERP方法的姿态插补与跟踪控制研究
- DOI:10.1017/s0263574719001000
- 发表时间:2019-07
- 期刊:Robotica
- 影响因子:2.7
- 作者:Dong Mingjie;Yao Guodong;Li Jianfeng;Zhang Leiyu
- 通讯作者:Zhang Leiyu
Velocity and Force Transfer Performance Analysis of a Parallel Hip Assistive Mechanism
并联髋关节辅助机构的速度和力传递性能分析
- DOI:10.1017/s0263574719001802
- 发表时间:2020-01
- 期刊:Robotica
- 影响因子:2.7
- 作者:李剑锋;张雷雨;董明杰;左世平;贺彦东;张朋飞
- 通讯作者:张朋飞
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其他文献
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
并联踝康复机器人的系统搭建与运动控制策略
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:中南大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:李剑锋;张子康;张雷雨;董明杰;左世平;张凯
- 通讯作者:张凯
并联踝康复外骨骼的设计与运动性能评价
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:李剑锋;张凯;张雷雨;张子康;左世平;周帅锋
- 通讯作者:周帅锋
人机相容性肩关节康复外骨骼的运动学与灵活性分析
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:李剑锋;刘钧辉;张雷雨;陶春静;季润
- 通讯作者:季润
微合金元素 Cu 及等温温度对低碳硅锰钢氢扩散行为的影响
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:表面技术
- 影响因子:--
- 作者:陈连生;张雷雨;杨子旋;田亚强;仓盛
- 通讯作者:仓盛
其他文献
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