外骨骼辅助康复系统研究
下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计
1、高度智能化：通过机器学习算法的不断训练和优化，控制系统的控制精度 得到了显著提高。
2、良好的适应性：系统能够根据不同患者的实际情况自动调整参数，满足个 性化的康复需求。
3、高度安全性：在系统中引入了多重安全保护措施，确保了患者在使用过程 中的安全。实验验证结果表明，该控制系统在帮助患者进行站立、行走等运动 方面具有显著效果，能够有效改善患者的运动功能。然而，仍存在一些不足之 处，如对患者的身体状态和运动数据的实时监测尚不完善，部分传感器数据的 准确性和稳定性有待提高等。
方法
为了实现上述目标，本次演示采用以下步骤和方法进行控制系统设计：
1、需求分析：首先对下肢外骨骼康复行走机器人的应用场景、患者需求、现 有产品的优缺点等进行深入调研和分析。
2、系统架构设计：根据需求分析结果，设计下肢外骨骼康复行走机器人的整 体架构，包括机械结构、控制器、传感器、执行器等组成部分。
下肢外骨骼康复机器人控制系统的主要设计原理基于人体运动学和动力学原理， 同时结合了机械设计、电子控制、传感器技术等多学科知识。具体实现方法和 步骤如下：
1、硬件设备选择：控制系统硬件设备包括机械结构、电机、传感器、电路板 等。根据使用者的身体状况和康复需求，选择轻便、耐用且符合人体工程学原 理的硬件设备。
3、设备性能方面，下肢外骨骼行走康复机器人具备良好的稳定性和耐用性， 但仍然存在一些可以改进的空间，如提高设备的自适应性、降低能耗等方面的 研究。
讨论：
根据研究结果，我们对下肢外骨骼行走康复机器人的研究现状进行了讨论。虽 然该领域已经取得了一定的进展，但仍存在一些问题需要进一步解决。例如， 设备重量和穿戴舒适度是影响用户体验的关键因素之一，如何通过优化设计和 材料选择等方式减轻设备重量、提高穿戴舒适度是未来的研究方向之一。
《下肢外骨骼康复机器人的人机交互控制系统设计与实现》
《下肢外骨骼康复机器人的人机交互控制系统设计与实现》一、引言随着医疗科技和机器人技术的飞速发展，下肢外骨骼康复机器人成为了康复医学领域的研究热点。
该类机器人通过模拟正常人体运动模式，协助患者进行康复训练，从而改善其行动能力。
其中，人机交互控制系统的设计与实现是影响康复效果和用户体验的关键因素。
本文将探讨下肢外骨骼康复机器人的人机交互控制系统的设计思路与实现方法。
二、系统设计目标1. 提供精确的力矩控制，以模拟人体自然运动；2. 增强患者与机器之间的交互体验，确保安全与舒适；3. 具备可定制的康复训练模式，满足不同患者的需求；4. 实时监测患者状态，并根据反馈调整康复策略。
三、系统设计原则1. 安全性：确保系统运行过程中患者安全无虞；2. 舒适性：系统应贴合人体工学设计，确保患者使用舒适；3. 智能化：通过算法优化，实现智能化的运动模式调整和康复策略制定；4. 可扩展性：系统设计应具备可扩展性，方便未来功能的增加和升级。
四、硬件结构设计硬件结构包括外骨骼机械结构、传感器系统和驱动系统。
外骨骼机械结构应与人体下肢紧密贴合，保证运动的一致性。
传感器系统包括力矩传感器、位置传感器和压力传感器等，用于实时监测患者的生理数据和机器的运动状态。
驱动系统则负责驱动外骨骼机械结构进行运动。
五、软件控制系统设计软件控制系统是整个系统的核心，包括控制算法、交互界面和数据处理模块。
控制算法负责根据传感器数据调整机器的运动模式，实现人机协同。
交互界面则提供友好的操作体验，方便患者和医护人员操作。
数据处理模块负责收集和分析患者数据，为康复策略的制定提供依据。
六、人机交互实现人机交互实现主要依赖于传感器数据的获取和处理、控制算法的优化以及交互界面的设计。
通过力矩传感器、位置传感器等获取患者的生理数据和机器的运动状态，经过数据处理模块的分析和处理，得出控制指令，通过控制算法调整机器的运动模式，实现人机协同。
同时，交互界面的设计应考虑患者的使用习惯和需求，提供友好的操作体验。
下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 (I)ABSTRACT ..................................................................................................................... I I 第1章绪论 . (1)1.1课题背景及研究的意义 (1)1.2下肢外骨骼康复机器人国内外研究现状 (2)1.2.1 下肢外骨骼康复机器人国外研究现状 (2)1.2.2 下肢外骨骼康复机器人国内研究现状 (5)1.3研究现状总结分析 (6)1.4主要研究内容 (9)第2章下肢外骨骼康复机器人结构设计与系统分析 (10)2.1引言 (10)2.2下肢外骨骼康复机器人结构设计 (10)2.2.1 下肢运动机理分析与关节自由度分配 (10)2.2.2 总体方案设计 (11)2.2.3 下肢外骨骼矫形器构型设计 (12)2.2.4 减重平衡机构设计 (14)2.2.5 人机交互接口结构设计 (16)2.2.6 关键零部件强度校核 (17)2.3下肢外骨骼康复机器人运动学与动力学分析 (18)2.3.1 下肢外骨骼康复机器人运动学建模 (18)2.3.2 下肢外骨骼康复机器人动力学建模 (21)2.3.3 下肢外骨骼康复机器人仿真分析 (25)2.4本章小结 (26)第3章下肢外骨骼康复机器人控制方法研究 (28)3.1引言 (28)3.2下肢外骨骼康复机器人参考轨迹采集与分析 (28)3.3基于自适应迭代学习的患者被动训练 (32)3.3.1 自适应迭代学习控制算法 (32)3.3.2 收敛性分析 (35)3.4基于模糊自适应阻抗控制的患者主动辅助训练 (37)哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第4章下肢外骨骼康复机器人实验研究 (43)4.1前言 (43)4.2实验平台的搭建 (43)4.3下肢外骨骼康复机器人控制系统 (44)4.3.1 控制系统总体框架 (44)4.3.2 控制系统硬件集成 (45)4.3.3 控制系统硬件调试 (47)4.3.4 控制系统软件设计 (50)4.4下肢外骨骼康复机器人系列实验 (51)4.4.1 下肢外骨骼康复机器人功能性实验 (51)4.4.2 患者被动实验 (52)4.4.3 患者主动辅助实验 (54)4.5本章小结 (60)结论 (62)参考文献 (64)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (68)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (69)致谢 (70)哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1 课题背景及研究的意义在中国以及全球范围内，人口老年化已成为社会发展的必然趋势。
基于肌电信号控制的康复医疗下肢外骨骼设计及研究
基于肌电信号控制的康复医疗下肢外骨骼设计及研究浙江大学硕士学位论文基于肌电信号控制的康复医疗下肢外骨骼设计及研究姓名费烨赟申请学位级别硕士专业机械电子控制工程指导教师杨灿军20060501浙江大学硕士学位论文??独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得滥鎏盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名袭坪硬签字日期砌多年月姻学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝垄盘鲎有关保留、使用学位论文的规定有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。
本人授权盘鎏盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文保密的学位论文在解密后适用本授权书学位论文作者签名受坪绩签字日期刎…年月工日一名拯年签字日期乒肿…年月日学位论文作者毕业后去向目奄位丝工作单位研江蜀兔口乞象次分么习通讯地址电话邮编引言第一章绪论随着科学技术的飞速发展各学科技术的发展已经相互渗透交叉融合而机电技术与生物医学的融合则为机电技术的应用推到了一个新的台阶。
两者的结合极大地促进了医疗器械的发展人机交互人机一体化【?辅助医疗等都已成为可能。
同时电机技术的发展也达到了一个新的阶段基于肌电信号的康复医疗器械是机械、电子、电气和生物医学技术发展的必然结果这将为医疗器械的迸一步发展打下良好的基础。
课题研究背景及意义人口老龄化不仅仅是人口结构的变化对我国政治、经济社会都将带来了重大影响老龄化的加快使社会上慢性病患者的不断增多也推动了国际国内康复事业的发展。
康复医疗的价值首先是解决临床医疗所难以解决的问题包括长期的功能障碍或丧失。
康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨
康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨作者：刘恒白泽杨陈俊宇李博皓魏俏俏来源：《机电信息》2020年第09期摘要：康复外骨骼机器人是一种可穿戴的、模仿人体生理构造的医疗机械装置，穿戴于患者肢体外侧，辅助患者进行日常活动和康复训练。
近年来，人工智能、传感、生物医学等先进技术不断发展，吸引了国内外各科研院所、机构对康复外骨骼系統进行进一步的研究。
现阐述国内外不同控制方式的外骨骼机器人的研究现状，并对康复外骨骼机器人的发展趋势进行分析和总结。
关键词：康复外骨骼机器人;现状;趋势0 引言“外骨骼”（Exoskeleton）这一名词最早来源于一个生物学概念，指的是昆虫等节肢动物的身体结构。
随着人工智能、传感、生物医学等先进技术的不断发展，外骨骼机器人技术于近20年间取得了空前进步，且广泛应用于医疗、军事、工业等领域。
早期对于外骨骼机器人的研究主要是为了提高士兵的行动和负重能力，而随着医疗需求的不断增长，在全球老龄化趋势加重的背景下，康复外骨骼机器人成为世界各国研究的新方向。
这类装置不仅是中风、脊髓损伤引起的运动障碍康复训练的重要技术手段，还能够帮助卒中患者、脑外伤患者解决行走障碍等问题，因而应用潜力巨大。
目前，康复外骨骼机器人种类繁多，厂家主要有以色列的ReWalk公司、美国的Ekso Bionics公司、日本的Cyberdyne公司、Honda公司和新西兰的Rex公司等。
我国对康复外骨骼下肢助力机器人的研究始于21世纪初，目前正处于起步阶段。
各研究机构在参考借鉴国外先进康复外骨骼助力机器人的基础上，加以自身的创新与研发，已有不少康复外骨骼助力机器人样机问世，也有相当不错的表现。
1 国外研究状况日本筑波大学Cybernics研究中心于1995年研制的原型机HAL（Hybrid Assistive Limb）是一款较早的外骨骼动力服。
该外骨骼机器人的设计初衷是帮助年迈者和残疾人进行康复运动[1]。
该康复外骨骼机器人本质上是一种可穿戴式行走用机器人，当使用者试图行走时，大脑会通过神经向肌肉发送电生理信号，HAL通过传感器可以在人体的皮肤表面捕捉到这种电信号，并激活伺服系统，驱动电动马达迅速动作。
智能下肢外骨骼康复系统
智能下肢外骨骼康复系统作者：李叶来源：《设计》2021年第22期看点大脑重建原理个性化主动辅助仿生、轻量、易穿戴、易转运脑卒中患者及时有效康复介入可以极大提高康复效果，降低致残率。
丞辉威世下肢外骨骼机器人覆盖康复全周期，首创脑卒中偏瘫从卧位到步态训练及步态评估的完整智能化解决方案，帮助更多患者恢复行走。
丞辉威世智能下肢外骨骼康复系统根据大脑重建原理，将任务导向练习和智能康复机器人训练结合，帮助患者协同完成有控制性的运动功能训练（卧位训练、坐站训练、平衡训练及步态训练），通过重复的强化训练，从而促进大脑中枢神经系统的功能重建。
基于人工智能技术实现意图侦测，基于机器学习实现个性化主动辅助;适用多种康复场景，云端数据平台加持，使康复辅助更智能科学;产品仿生、轻量、易穿戴、易转运。
针对于脑卒中等导致下肢运动功能障碍的患者进行坐站转移、站位平衡及步态训练。
通过坐站、行走训练，恢复身体机能，达到步行功能康復效果，帮助患者回归日常生活和工作。
深圳市丞辉威世智能科技有限公司是一家依托自身优秀团队和合作伙伴在康复医疗、人工智能等领域拥有雄厚技术实力，专业从事康复机器人、助力机器人和相关高科技产品研发、生产、销售的国家高新企业。
公司研发的智能下肢外骨骼康复系统包含两款产品，其中的步态下肢外骨骼康复训练机器人获得了本年度德国红点奖，卧式外骨骼康复训练机器人获得了本年度的金芦苇奖。
《设计》梁余意深圳市丞辉威世智能科技有限公司智能下肢外骨骼康复系统设计师，产品经理《设计》：产品前期调研发现了市场、产品和用户的哪些痛点？得出怎样的结论？梁余意：我们在前期走访医院的过程中，发现脑卒中患者在医院现有的康复环节中的早期阶段，康复设备的使用是缺失的，主要的康复效果还是来自康复师的手法的治疗，但是我国康复师的缺口很大，并且一天下来康复师需要为8～10位以上的患者进行手法治疗，对于康复师而言工作强度非常强。
对于患者而言，在脑卒中早期的卧床阶段，由于神经回路被阻断，患侧肢体由于无法运动开始肌肉萎缩和痉挛，这也是常见到脑卒中患者患侧的下肢比健侧下肢更为瘦弱的原因，而康复训练越是早期介入，患者预后的效果越好。
外骨骼康复机器人控制系统设计与实现
外骨骼康复机器人控制系统设计与实现外骨骼康复机器人是一种可以协助受伤或残疾人进行康复训练的机器人。
在康复治疗中，外骨骼机器人可以帮助患者进行步态训练、肌肉力量训练等，从而加快康复进程。
外骨骼机器人的控制系统是机器人实现运动的核心。
本文将介绍外骨骼康复机器人的控制系统设计与实现。
一、控制系统的设计控制系统的设计是外骨骼机器人开发的重要部分。
正确的设计可以保证机器人能够正常运行并实现自身的功能。
1. 系统架构设计外骨骼康复机器人的系统架构是指机器人各个部分实现功能的结构方式。
系统架构应保证机器人的功能必须被实现。
在康复治疗中，外骨骼机器人的功能包括设置关节范围、控制关节的旋转，并确保机器人的安全性。
2. 传感器的设计传感器是控制系统的重要组成部分。
机器人需要传感器来检测人类运动和机器人自身运动。
此外，传感器还可以检测用户的身体姿态，以确保机器人的功能得到正确实现。
3. 控制算法的设计机器人的控制算法是机器人实现功能的核心部分。
机器人的控制算法采用机器学习算法和深度学习算法来实现。
能够根据患者的特定情况来进行形式化的控制，以便机器人的运动可以定制和满足患者的个体差异。
此外，控制算法还需要能够进行预测并及时响应，以消除任何问题。
4. 运动学模型的建立运动学模型是机器人控制系统的一个重要部分。
它用于计算机器人的运动速度、方向和加速度。
一个好的运动学模型可以确保机器人运动的完整性，并确保机器人的连续性。
5. 状态估计和反馈设计状态估计和反馈控制是机器人控制系统中的另一个重要组成部分。
状态估计用于实时监测机器人的状态，而反馈控制则可调整机器人的状态。
此外，状态估计和反馈控制可保证机器人的运动是平稳的，以便患者可以舒适地进行康复训练。
6. 机器人界面设计机器人界面是机器人控制系统的另一个重要组成部分。
它用于与操作者、医生和患者进行交流。
正确的界面设计可确保机器人的操作方便、准确和可靠，并可以提高机器人操作者的使用效率。
外骨骼型下肢康复机器人结构设计与动力学分析
基本内容
背景： 下肢康复外骨骼机器人是一种可以穿戴在患者下肢外部的机器装置，通过机 械和电子系统协助患者进行下肢运动功能障碍的康复治疗。随着老龄化社会的到 来，下肢运动功能障碍的发病率逐年上升，因此下肢康复外骨骼机器人的研究具 有重要的现实意义和社会价值。
基本内容
研究目的： 本研究旨在研发一种具有高度灵活性和适应性的下肢康复外骨骼机器人，通 过机器学习和人工智能技术实现对其运动功能的控制和优化，从而提高患者的康 复效果和生活质量。
外骨骼型下肢康复机器人结构 设计与动力学分析
基本内容
基本内容
外骨骼型下肢康复机器人是一种可以帮助下肢运动功能障碍患者进行康复训 练的医疗设备。本次演示将从结构和动力学两个方面对外骨骼型下肢康复机器人 进行详细阐述，为进一步了解该领域提供有益参考。
基本内容
关键词：外骨骼型下肢康复机器人、结构设计、动力学分析、医疗应用 引言随着老龄化社会的到来，下肢运动功能障碍患者的数量逐渐增多。为了 帮助这些患者进行有效的康复训练，外骨骼型下肢康复机器人应运而生。本次演 示将详细介绍外骨骼型下肢康复机器人的结构设计方法和动力学分析过程，以期 为该领域的进一步研究提供依据。
基本内容
4、探索与其他医疗设备或技术的结合，如与虚拟现实技术、生物电信号采集 技术等结合，以提供更加全面和有效的康复治疗方案。
基本内容
总之，下肢外骨骼康复机器人的研究仍任重道远，需要不断进行技术创新和 完善，以更好地服务于广大患者和社会。
引言
引言
下肢外骨骼康复机器人是一种辅助残疾人进行下肢运动康复治疗的装置。该 装置通过机械机构和传感器系统，监测使用者的运动状态并为其提供适当的助力， 以达到康复治疗的目的。随着科技的发展和医学的进步，下肢外骨骼康复机器人 的设计与研究已成为当前康复工程领域的重要研究方向。
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外骨骼辅助康复系统研究
第一章：绪论
外骨骼辅助康复系统是一种近年来逐渐发展起来的康复技术，
可以帮助运动功能障碍患者提高生活质量和独立性。外骨骼辅助
康复系统在运动控制、康复训练和日常生活助具方面发挥着越来
越重要的作用。本文将从外骨骼辅助康复系统的原理、技术应用
和发展前景等多个方面进行综述。
第二章：外骨骼辅助康复系统的原理
外骨骼辅助康复系统是一种可穿戴式机械装置，通过将机械装
置与人体衔接，让机械结构代替或协同运动时不稳定或缺失的肌
肉或骨骼组织，从而提升运动及生活能力。临床研究表明，外骨
骼运动控制的精度、稳定性及自适应性等方面的性能可以满足康
复治疗的需求。外骨骼辅助康复系统大体可以分为下肢（例如
ReWalk，Ekso Bionics等）、上肢（例如Myomo，NEOFECT等）
和全身三类。该技术应用的领域包括脊髓损伤、中风、肌无力症
等临床康复治疗。
第三章：外骨骼辅助康复系统的技术应用
外骨骼辅助康复系统在康复技术研究中发挥越来越重要的作用。
从上世纪70年代开始，外骨骼技术已被应用于四肢截肢患者的行
走康复，随着技术的不断发展和完善，外骨骼康复系统的应用逐
渐拓展到脑卒中、脊椎损伤等多种康复治疗的领域。同时，外骨
骼技术的不断创新还推动了康复训练模式的发展，部分外骨骼康
复系统结合虚拟现实技术可以提供触感反馈，以促进患者恢复训
练的效果。
第四章：外骨骼辅助康复系统的发展前景
外骨骼辅助康复系统的应用领域和范围越来越广，随着技术的
发展，预计有望实现多个方面的改进。一方面，预计将出现更多
的具有生物复杂性的智能化机械装置，这些机械装置可以适应人
体的生物和解剖结构，提高运动带动力学的精确性和效率，从而
更好地帮助患者进行康复训练。另一方面，随着人工智能和机器
学习的不断改进，预计将能够实现更精准、智能、个性化的康复
服务和治疗方案。
第五章：结论
外骨骼辅助康复系统的发展促进了康复技术的提升，能够为运
动能力障碍患者提供更好的治疗和生活质量。当前，外骨骼辅助
康复系统的应用还处于早期阶段，未来几年将有望实现更好的依
靠和广泛应用。我们相信，随着人工智能和物联网技术的发展，
外骨骼康复系统将成为健康生活中不可或缺的技术手段。