腕功能康复机器人按需辅助控制策略研究

在康复机器人辅助脑卒中患者进行康复训练时,为激发患者的主动参与意识,康复机器人应按照患者康复需求提供其所需的辅助力矩。本文针对腕功能康复机器人提出一种按需辅助控制策略:首先制定能力评估规则,并依据该规则评估患者能力;然后设计控制器,控制器可基于评估结果求解出患者完成康复训练任务所需的辅助力矩,并下发指令至电机;最后控制电机输出指令值,辅助患者完成康复训练任务。将该控制策略应用于腕功能康复机器人,不仅实现了按需辅助的训练模式,而且能够避免辅助力矩激增,同时康复治疗师可在线调节能力评估规则中的多个参数,为不同康复状态的患者定制任务难度。本文所提方法不依赖于力学传感器信息,降低了开发成本且易于实现,具有一定的工程应用价值。     

机器人辅助上肢康复训练中训练者主动参与度估计方法研究

目的:针对现有患者在康复训练过程的主动参与度评估方法存在主观性强或操作复杂等问题,提出一种基于康复机器人系统的训练者主动参与度定量化评估方法。方法:本研究针对末端牵引式上肢康复机器人辅助训练任务的特点,通过实时获取电机关节转矩与位移信息计算特定动作周期内的电机做功情况,结合标定检测过程分别获取机器人单独完成与人机共同完成训练任务的做功信息,在此基础上估算受试者训练过程中的主动参与度。招募了12例健康受试者,他们通过控制上肢发力水平分别模拟出四种不同的主动参与度(被动、半主动、主动与抗阻),采用提出的方法计算主动参与度。同时,采用基于表面肌电信号的主动参与度评估方法对提出的方法的性能进行验证与比较。结果:基于做功计算方法的主动参与度计算结果为:被动:0.06%±9.65%、半主动:42.46%±20.47%、主动:90.73%±17.15%;抗阻:239.96%±84.23%。基于表面肌电探测方法的主动参与度计算结果为:被动:-3.33%±6.32%;半主动:40.85%±22.34%;主动:100%±16.28%;抗阻:193.65%±73.42%。两种方法的计算结果具有趋势一致性。结论:基于康复机器人做功计算的方法能够方便地估算出受试者康复训练中的主动参与度,通过标定检测的方法可以避免复杂的人体肢体动力学建模,该方法在康复患者主动参与度估算方面具有巨大的潜力。同时,该方法无需训练者佩戴额外传感器,操作简单,具有临床应用推广的潜力。