《康復機器人：設計、建模、控制與實驗》首先綜述了近年來國內外康復機器人領域的應用及研究進展，在此基礎上結合作者課題組近年來在康復機器人領域的研究成果，對康復機器人的基礎理論與關鍵技術進行梳理�！犊祻蜋C器人：設計、建模、控制與實驗》主要內容包括：康復機器人研究的神經科學和康復醫學的基礎知識，康復機器人的國內外研究現狀，上肢和下肢康復機器人的設計、建模和辨識技術，基于生物電信號的人體運動意圖識別技術，人機交互控制與康復訓練方法，以及康復機器人的臨床試驗與康復評定技術等。
目錄
前言
第1章緒論1
1.1神經損傷與神經康復1
1.1.1中樞神經損傷1
1.1.2中樞神經損傷的康復治療3
1.1.3神經康復的可塑性原理4
1.2康復機器人4
第2章康復機器人研究現狀與分析6
2.1引言6
2.2上肢康復機器人的研究現狀與分析6
2.2.1主要的上肢康復機器人平臺6
2.2.2上肢康復機器人研究現狀分析12
2.3下肢康復機器人的研究現狀與分析12
2.3.1傳統下肢康復訓練方法和簡易下肢康復器械12
2.3.2下肢康復機器人的主要類型14
2.3.3行走站立式下肢康復機器人的研究現狀16
2.3.4坐臥式下肢康復機器人的研究現狀20
2.3.5下肢康復機器人關鍵技術分析22
第3章上肢康復機器人設計25
3.1引言25
3.2系統介紹與機構設計25
3.2.1系統介紹25
3.2.2機構設計26
3.2.3工作空間與奇異性分析27
3.2.4運動學分析31
3.2.5速度運動學與力反饋分析34
3.3電控系統設計36
3.3.1控制系統結構36
3.3.2驅動電路37
3.4軟件系統設計37
3.4.1系統架構37
3.4.2工作流程及主要模塊實現38
3.4.3虛擬現實訓練環境設計實例40
3.5小結41
第4章下肢康復機器人設計42
4.1引言42
4.2下肢機構設計42
4.2.1現有下肢機構的關節設計方法43
4.2.2本書的優化設計方法和相關優化算法46
4.2.3新型下肢機構設計和優化48
4.2.4新型下肢機構運動學分析60
4.2.5仿真與討論64
4.3其他主要機構67
4.3.1新型坐臥式下肢康復機器人整體介紹67
4.3.2就座工藝和相關機構設計68
4.3.3個性化調節機構設計75
4.4電控系統方案設計78
4.5小結81
第5章康復機器人動力學系統建模82
5.1引言82
5.2機器人動力學分析82
5.2.1拉格朗日法82
5.2.2降維模型法88
5.2.3動力學方程性質93
5.3人機系統動力學分析94
5.3.1問題簡化94
5.3.2拉格朗日–達朗貝爾方法94
5.3.3工作空間模型推導法97
5.4基于動力學模型的機器人運動控制仿真100
5.4.1計算轉矩控制100
5.4.2人機交互系統仿真101
5.4.3仿真結果103
5.5小結105
第6章康復機器人動力學系統辨識106
6.1引言106
6.2機械臂動力學系統辨識方法的研究現狀106
6.2.1一步辨識法與分步辨識法106
6.2.2動力學系統建模108
6.2.3激勵軌跡設計與優化109
6.2.4參數估計算法111
6.2.5傳統系統辨識方法應用于下肢康復機器人時存在的問題及解決辦法111
6.3下肢機構動力學系統建模112
6.3.1慣性系統建模113
6.3.2關節摩擦力建模115
6.3.3初始動力學模型117
6.4激勵軌跡設計和優化118
6.4.1激勵軌跡設計及優化問題的建立118
6.4.2SPSO算法119
6.4.3間接隨機生成算法120
6.4.4激勵軌跡優化問題求解121
6.5下肢機構PDM的改進123
6.5.1第一種改進算法：遞歸簡化算法123
6.5.2第二種改進算法：遞歸優化算法127
6.6實驗與討論129
6.6.1參數估計實驗130
6.6.2動力學模型PDM、SDM、ODM及CDM性能的比較實驗134
6.6.3討論138
6.7小結138
第7章基于生物電信號的人體運動意圖識別139
7.1引言139
7.2sEMG信號的特點及預處理方法139
7.3基于sEMG模式分類的意圖識別141
7.3.1特征提取142
7.3.2特征分類146
7.3.3實驗結果與分析148
7.4基于sEMG估計肢體關節角度153
7.4.1基于sEMG估計肢體關節角度的非線性模型153
7.4.2數據采集與處理方法154
7.4.3實驗結果與分析156
7.5基于sEMG估計肢體的關節主動力/力矩162
7.5.1基于BP神經網絡的主動力估計163
7.5.2基于肌肉骨骼模型的主動力矩估計170
7.6基于EEG的人體運動意圖識別方法180
7.6.1實驗設計和EEG信號的采集180
7.6.2基于EEG的ADL分類181
7.6.3分類結果及討論189
7.7小結191
第8章人機交互控制與康復訓練方法192
8.1引言192
8.2被動訓練中的控制策略192
8.2.1位置控制策略193
8.2.2主動柔順控制198
8.2.3仿真202
8.2.4實驗209
8.3主動訓練中的交互控制策略211
8.3.1參考位置的生成212
8.3.2實現患者的運動意圖214
8.3.3自適應人機交互接口214
8.3.4仿真與實驗220
8.4基于sEMG的主動康復訓練228
8.4.1sEMG的采集和處理228
8.4.2阻尼式主動訓練231
8.4.3彈簧式主動訓練234
8.5基于FES技術的康復訓練237
8.5.1FES原理及應用現狀237
8.5.2FES輔助康復踏車訓練的運動學與人體骨骼肌模型241
8.5.3基于模糊迭代學習的電刺激康復踏車控制方法244
8.6小結257
第9章康復機器人臨床試驗與康復評定258
9.1康復機器人臨床研究的現狀及難點分析258
9.2臨床試驗設計與訓練過程260
9.2.1研究目的260
9.2.2上肢康復機器人系統介紹260
9.2.3病例選擇標準261
9.2.4訓練方案262
9.2.5臨床試驗過程264
9.3量表評定265
9.3.1量表評定方法265
9.3.2統計學分析265
9.3.3量表評定結果及分析265
9.4基于機器人傳感信息的康復評定267
9.4.1患者在機器人輔助訓練中的規律性現象268
9.4.2基于機器人傳感信息的評價指標270
9.4.3機器人評價指標與FM-UL量表評分的線性回歸模型272
9.4.4肌電信號對康復評定的有效補充274
9.4.5機器人康復評定技術小結279
9.5本章臨床試驗的幾點不足279
9.6小結280
第10章總結與展望281
10.1本書內容總結281
10.2技術展望282
參考文獻285
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