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上肢康复机器人用户系统的嵌入式Linux研究。

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简介：
对于上肢功能障碍的脑卒中患者来说，恢复运动能力需要进行大量的重复性康复训练。为了这一目的，我们开发了一套基于嵌入式计算机的用户控制系统，旨在精确控制上肢康复训练机器人的运动。具体而言，在Linux操作系统环境下，借助Qt图形用户界面开发工具构建了一个完整的用户界面，并完成了嵌入式Linux内核的移植以及相应的驱动程序开发工作。此外，我们还充分利用真实关节运动数据来设计康复训练游戏，从而实现对上肢康复机器人进行主动、灵活的控制。

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  • 关于嵌入式Linux环境下上肢康复机器人用户系统的探究
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    本研究聚焦于在嵌入式Linux环境中开发和优化上肢康复机器人的用户系统，旨在提高患者治疗效果及用户体验。 具有上肢功能障碍的脑卒中患者需要进行大量重复的康复训练以恢复运动功能。为此设计了一套基于嵌入式计算机的用户控制系统，用以控制上肢康复训练机器人的运动。在Linux环境下利用Qt图形用户界面开发工具设计完整的用户界面，并完成嵌入式Linux内核移植与驱动程序开发。通过使用真实的关节运动信息进行康复训练游戏，实现了对上肢康复机器人的主动控制。
     
  • 上肢康复训练机器人的训练及康复评估系统设计.pdf
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    本文探讨了专门针对上肢康复的机器人技术的设计与实现，包括其训练功能和康复效果评估方法，旨在为患者提供更高效、个性化的康复方案。 本段落档由孙梦真、喻洪流、符方发、唐湘鹏、郑良栋共同撰写，主要讨论了智能上肢康复训练与评估系统的开发及其应用价值。该系统致力于融合现代信息技术及康复治疗手段，旨在提高康复效率，降低人力成本，并增强患者参与度和兴趣。 1. 传统康复疗法存在诸多局限性：包括高人力资源消耗、低效以及高昂的成本问题。而随着智能康复机器人的出现，这些问题有望通过技术革新得以解决——即部分自动化与智能化的介入将极大缓解现有压力并提升整体效率。 2. 文章中所描述的系统是在VC++环境下构建完成，并且集成了MFC（微软基础类库）、MySQL数据库以及虚拟现实技术等元素。这些组件共同作用于实现康复训练、评估及报告生成等功能。 3. 系统设计涵盖了用户信息管理、康复评价、个性化训练方案制定及康复进展记录等多个方面，采用直观的图形界面操作方式来促进患者与机器人之间的互动体验。 4. 上肢功能对于日常生活至关重要，尤其是在脑卒中后遗症患者的恢复过程中更是如此。本系统创新性地引入了一种专门针对上肢康复机器人的活动范围（ROM）评估方法以替代传统的人工测量手段。 5. 通过虚拟现实技术的应用创造了一个沉浸式的三维训练环境，从而进一步增强了用户体验及互动效果，并且有助于改善脑卒中患者偏瘫侧肢体的运动能力。 6. 系统支持图形化界面操作上肢康复机器人，在助力模式和被动训练模式下为不同肌力水平的用户提供定制化的治疗计划。 7. 康复报告模块能够对评估结果及训练数据进行综合分析，并通过图表形式直观展示患者的恢复进度以及历史记录查询功能，以便医生做出更准确的效果评价。 8. 上述系统采用的是由上海理工大学与上海电气中央研究院联合研发的多自由度中心驱动式上肢康复机器人。这款设备配备了独立的动力传动装置和基础电控体系结构，并能实现肩关节、肘关节及腕部等部位全方位活动训练。 9. 在设计过程中，作者们特别关注了如何增加康复过程中的趣味性和互动性元素以激发患者积极性。比如利用虚拟厨房操作模拟游戏来提高安全性与准确性的同时也增加了娱乐价值。 通过此系统的研发和应用实践，研究团队为未来智能医疗领域的进步提供了宝贵的参考案例，并且有望推动整个行业的技术创新与发展进程，最终造福广大康复医师及病患群体。
     
  • 基于MATLAB的上肢康复机械臂鲁棒控制研究
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    本研究运用MATLAB平台，深入探索并实现了一种针对上肢康复机械臂的鲁棒控制策略，旨在提升康复训练的有效性和安全性。 上肢康复机械臂的鲁棒控制研究是将机器辅助技术应用于医疗康复领域的一项重要课题。该研究利用MATLAB软件及其simMechanics工具包构建仿真模型，并实现与测试了针对上肢康复机械臂的鲁棒控制系统。主要目标在于帮助偏瘫患者在进行康复训练时最大限度地发挥主动性，即通过机械设备的支持来增强患者的自我恢复能力。 本项研究涵盖了多项关键技术的应用，包括鲁棒控制理论、位置控制以及交互式控制等，并且特别关注了信号传输延迟能否被有效处理的问题。其中，鲁棒控制系统能够确保即使面对患者个体差异或外部干扰时仍能提供稳定可靠的康复支持；而精确的位置控制则是机械臂正确执行指令的基础性要求，对患者的康复效果具有决定性影响。 此外，在研究过程中还特别强调了如何解决由网络通信引发的信号传输延迟问题。Smith预估器被提出作为补偿这种延迟能力的一种方法，尽管它主要适用于线性的系统环境，并且在非线性和实际工程实践中可能遇到一些限制。因此，研究人员也探索结合自适应控制和滑模变结构控制等技术来优化控制器设计，在确保响应速度的同时提高精度。 RUPERT（Rehabilitation Upper Extremity Robotic Therapy）是美国亚利桑那州立大学开发的一款用于上肢康复的机械臂系统，它基于运动疗法与作业疗法的理念设计而成。该设备旨在辅助偏瘫患者进行有效的肢体恢复训练，并通过引入患者的主动关节扭矩调节机制来适应不同个体的能力水平。 从实际应用的角度来看，这项研究展示了机器技术如何在医疗康复领域中发挥重要作用。随着机器人科技的进步及其在老年护理和残疾人援助等方面的应用越来越广泛，不仅提升了治疗效率，也大大减轻了医护人员的工作负担。 未来的研究将继续探索控制理论与机器人学的结合创新点，以期为偏瘫患者提供更智能、人性化的康复解决方案，并进一步改善他们的生活质量以及康复效果。
     
  • C++上肢和下肢康复训练系统源代码.zip
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    该压缩包包含一个用C++编写的上肢和下肢康复训练系统的完整源代码，适用于医疗康复领域，旨在帮助患者进行有效的物理治疗与功能恢复。 在IT领域内，C++因其高效性、灵活性及面向对象的特性而被广泛使用。本项目“C++上下肢康复训练系统”旨在利用这种语言开发一款软件工具，帮助患者进行上肢与下肢的功能恢复训练。接下来将详细介绍该系统的可能技术点和实现方式。 此系统大概率采用了图形用户界面（GUI）设计以方便用户操作。在C++中，开发者可以运用Qt库或wxWidgets等跨平台的框架来构建界面，这些工具提供了丰富的控件和布局管理功能，帮助创建出美观且实用的操作环境。 康复训练部分可能包含多种模式如运动模拟、阻力练习及追踪活动等，并借助计算机视觉技术实现。例如OpenCV这样的图像处理库能够用于手势识别等功能开发，而机器学习算法则可据此制定个性化的治疗方案并根据患者的具体情况动态调整计划内容。 系统还需要具备数据记录和分析功能以跟踪患者的进步状况。这可能需要数据库支持来存储训练相关的信息，并通过统计工具进行效果评估以便医护人员做出更好的治疗决策。 从架构上看，模块化设计是一种常见做法，每个子程序负责特定任务如用户界面、动作检测或数据分析等。它们之间通过接口沟通并遵循单例、工厂模式及其他的设计原则以提高代码的清晰度和维护性。 此外，在保证系统稳定运行方面，错误处理机制同样重要。C++中的异常捕获语句可以防止因意外情况导致程序崩溃，并且合理管理内存资源是避免性能瓶颈的关键因素之一。 考虑到康复训练系统的敏感性质，数据保护措施也必不可少。这包括使用安全的网络协议保障患者隐私以及对存储信息进行加密以提高安全性等手段。 综上所述，“C++上下肢康复训练系统”是一个融合了多种技术领域的复杂项目，不仅需要编程技能还要求深入了解医学知识和用户体验设计等方面的知识。此类系统的开发对于改善患者的治疗效果及医疗服务的质量具有重要意义。
     
  • 上肢康复机器人绳驱动关节设计与分析.pdf
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    本文针对上肢康复机器人的需求，详细探讨了绳驱动关节的设计和性能分析。通过优化结构设计和动力传输方式，旨在提高康复训练的效果及用户体验。 上肢康复机器人在医疗康复领域扮演着重要角色，能够帮助因疾病、伤痛或手术等原因导致上肢功能受损的患者进行恢复训练。传统康复机器人多采用刚性动力传递方式，但这些系统存在易于滑动及误差累积等问题。本研究提出了一种使用钢丝绳和齿形带的方式将传统的刚性驱动转变为柔性驱动来解决这些问题。 ### 钢丝绳与齿形带的驱动方法 研究中采用了“钢丝绳＋齿形带”的方式，利用了钢丝绳高强度、体积小以及耐久性强的特点，在紧凑空间内使用。同时，齿形带有准确的速度转换和动力传递的能力。通过将刚性系统转变成柔性系统可以减少复杂性和降低由于刚性带来的误差累积问题。 ### 摩擦力补偿法 为了分析钢丝绳在康复机器人中的特性，研究中采用了摩擦力补偿方法来计算钢丝绳与外部软管之间的摩擦系数。这种方法旨在找出钢丝绳的摩擦力和负载之间关系，有助于优化驱动系统的性能并保持动力传递准确性。 ### 钢丝绳的选择及测试 选择适当的钢丝绳对于设计上肢康复机器人至关重要。研究者通过在不同弯曲度下对各种组合进行测试来确定合适的型号。试验中使用的304不锈钢材质的钢丝绳直径为1.5mm，最大承重能力达到25kg，提供了重要的实验数据。 ### 仿真分析 为了验证理论分析的正确性，研究人员利用ADAMS软件（一种广泛应用于机械系统动力学仿真的工具）对关节中的钢丝绳进行模拟。结果显示钢丝绳的摩擦力与长度和负载大小成正比，并且弯曲程度对其影响可以忽略不计。 ### 结论验证 实验及仿真分析表明，在最大紧边压力为8N的情况下，实际测得的摩擦力约为7.6N。这些结论不仅证明了所提广义驱动方式的有效性，也为上肢康复机器人绳传动关节的设计提供了理论和实践依据。 - 上肢康复机器人：一种帮助因疾病、伤痛或手术导致上肢功能受损患者恢复肌肉力量及运动能力的医疗辅助设备。 - 绳传动系统：利用钢丝绳及相关装置传递动力或动作的机制。 - 钢丝绳：由多股高强度钢线捻合而成，具有高抗拉强度和韧性，在重机械、提升设备等领域广泛应用。 - 摩擦力补偿法：通过实验数据计算并调整摩擦系数的方法，确保动力传输精度。 - ADAMS仿真：一种用于预测复杂机械系统在各种条件下的动态反应的动力学模拟工具。 文章发表于2018年9月的《江苏大学学报（自然科学版）》第39卷第5期，编号为1671-7775(2018)05-0563-07。文献分类号是TH122，标志码为A。引用格式如下：杨启志, 孙梦涛, 马新坡等．上肢康复机器人绳驱动关节的设计与分析[J]．江苏大学学报(自然科学版), 2018, 39(5): 563-569.
     
  • 上肢康复机器人绳驱动关节设计与分析.pdf
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    本文探讨了针对上肢康复机器人的绳驱动关节的设计及性能分析，旨在提高患者康复治疗的效果和舒适度。 上肢康复机器人是医疗领域的重要工具，用于帮助因疾病、伤痛或手术等原因导致上肢功能受损的患者进行康复训练。传统康复机器人的动力传递多采用刚性方式，但这类系统存在滑动易发及误差累积等问题。本研究提出了一种使用钢丝绳和齿形带的方法来替代传统的刚性动力传递，旨在解决这些问题。 ### 钢丝绳与齿形带驱动方式 该研究中提出了“钢丝绳＋齿形带”的驱动方案。这种方法利用了钢丝绳高强度、小体积及高耐久性的特点，并结合齿形带提供的准确线速度转换和动力传输能力，从而将刚性系统转化为柔性系统，减少复杂性和误差累积。 ### 摩擦力补偿法 为了分析钢丝绳在康复机器人中的工作特性，研究使用了摩擦力补偿方法来计算其与外部软管之间的摩擦因数。这种方法有助于优化驱动系统的性能并确保动力传递的准确性。 ### 钢丝绳的选择与测试 研究中对不同弯曲度下的钢丝绳和绳套组合进行了详细的测试，并根据结果选择了304不锈钢材质、直径1.5mm且能承受最大25kg重量的钢丝绳。这些参数为上肢康复机器人的设计提供了重要的实验数据。 ### 仿真分析 为了验证理论分析，研究人员使用了ADAMS软件对驱动关节中的钢丝绳进行了仿真研究。结果显示，钢丝绳的摩擦力与其长度和负载大小成正比关系，并且弯曲程度对其影响可以忽略不计。 ### 结论验证 通过一系列实验与仿真实验，得出最大紧边压力为8N、实际摩擦力为7.6N的结果。这些结论不仅证明了广义驱动方式的有效性，还为上肢康复机器人的设计提供了理论依据和实践基础。 文章发表于2018年9月的《江苏大学学报（自然科学版）》第39卷第5期中，并被赋予了特定的文章编号、分类号及标志码。该研究聚焦于绳驱动关节的设计与分析，对于上肢康复机器人的改进和发展具有重要意义。 以上内容是对“上肢康复机器人绳驱动关节的设计与分析.pdf”文件中的核心知识点和研究成果的详细解读。
     
  • 下肢外骨骼康复行走机器人的控制系统的設計
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    本研究旨在设计一种先进的控制系统，用于下肢外骨骼康复机器人，以提高患者的行走能力和康复效率。 下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计介绍了该系统的方案及设计理念。
     
  • 嵌入式Linux在嵌入式系统/ARM技术中的低功耗策略研究
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    本研究聚焦于嵌入式Linux环境下针对ARM架构系统的低功耗优化策略，探索有效降低能耗的方法和技术，旨在提高设备能效和延长电池寿命。 摘要：功耗是衡量嵌入式设备性能的关键指标之一。在硬件设计完成后，软件的设计对系统的能耗水平有着重要影响。鉴于Linux操作系统在嵌入式领域的广泛应用，本段落提出了一些针对嵌入式Linux环境下的编程策略，以期通过这些方法有效降低最终产品的能源消耗。 引言 由于具备多种CPU和硬件平台的兼容性、稳定性和良好的可裁剪特性等优势，再加上源代码开放及易于开发与使用的特点，基于Linux系统的应用在嵌入式设备中越来越普遍。这表明，在嵌入式的领域里，Linux正在发挥着日益重要的作用。 对于移动及其他类型的嵌入式设备而言，功耗是衡量系统性能的重要参数之一。
     
  • 下肢外骨骼康复运动控制研究
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    本研究专注于探索和开发用于辅助下肢功能恢复的外骨骼技术，通过精密的运动控制算法优化患者的康复训练效果。 本段落基于动力下肢外骨骼机器人，研究用于助老、助残的下肢外骨骼机器人的运动控制策略，并通过实验验证所提出的控制方法的有效性。