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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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简介:
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。

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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。
  • C++和下源代码.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。
  • 绳驱动关节与分析.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.
  • 绳驱动关节与分析.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。
  • 美国SVI视觉功能.docx
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    美国SVI视觉功能康复训练系统是一款专为改善和恢复视力障碍者视觉功能设计的先进康复工具。该系统通过一系列科学、系统的训练方案,帮助患者提升视觉感知能力,提高生活质量。 SVI视功能康复训练系统是一种基于触摸屏的视觉功能恢复设备,专为改善有学习障碍、弱视或脑外伤患者视力设计。它配备了一块50英寸触控屏幕,并整合了声调训练器、虚拟旋转器以及转速计等多种工具的功能,提供多种多样的视觉能力提升方案。 该系统的主要特点在于其多样化的练习模式和改进用户视觉功能的方法。它可以发出语音指令来引导患者的反应,以加强听觉与视觉的结合及记忆能力。SVI康复系统的训练项目包括追踪、扫视、注视稳定性、眼手协调性、识别速度以及对比敏感度等方面的提升。 每个训练模块都包含多个具体的小练习,并且系统还具备可编程节拍器功能,通过同时提供音频和视频刺激来直接向用户提供反馈信息。此外,该设备允许进行个性化参数设置以适应不同的训练需求。配合旋转训练也是SVI康复系统的特色之一,在这一环节中可以调整转盘大小、速度及方向等变量,从而获得广泛多样的视觉体验。 总的来说,SVI视功能康复系统适用于弱视治疗、注意力缺陷改善以及脑损伤后遗症的恢复等方面,并且提供了包括手眼协调练习、眼部旋转训练在内的多个领域内的训练选项。这个强大的工具能够满足各种特定需求并有效提升患者的整体视力水平和健康状况。
  • 基于STM32控制开发.rar
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    本项目旨在开发一款基于STM32微控制器的下肢康复机器人控制系统。通过精确控制电机和传感器反馈,实现对患者步态训练的支持与辅助,以促进其康复进程。 标题中的“基于STM32的下肢康复机器人控制系统设计”是指使用意法半导体(STMicroelectronics)的STM32系列微控制器开发的一款用于下肢康复的机器人系统。STM32是一款广泛应用于嵌入式领域的高性能、低功耗的32位微控制器,而下肢康复机器人则是医疗领域的一种设备,旨在帮助患者进行物理治疗并改善或恢复腿部运动功能。 在该设计中,STM32将作为核心控制器来处理来自传感器的数据,并执行算法以控制电机驱动和与外部设备(如显示器、无线通信模块)的交互。它配备了丰富的外设接口,包括ADC用于采集传感器信号,SPI、I2C及UART协议支持数据传输功能,以及PWM用于精确控制电机。 “下肢康复机器人控制系统设计”涵盖了多个技术领域: 1. **机械结构设计**:涉及腿部支撑框架、关节机构和传动装置的设计。这些部分需要符合人体工程学原理,确保患者使用时的安全与舒适。 2. **传感器技术**:包括力传感器、角度传感器以及加速度计等设备,用于监测患者的运动状态及康复进展,并监控机器人与用户之间的交互力度。 3. **电机控制策略**:通过精确的PID或其他先进算法来实现关节活动。这需要确保机器人的动作既准确又流畅。 4. **实时操作系统(RTOS)的应用**:例如FreeRTOS或uCOS,用于管理多任务并行处理以保证系统的稳定性和响应速度。 5. **智能控制与规划算法的设计**:包括步态识别、运动路径优化及力反馈机制等关键技术的开发。这些技术对于提高康复机器人的智能化水平至关重要。 6. **人机交互界面设计**:提供直观易用的操作方式,比如通过触摸屏或按钮来调整设置和监控进度。 7. **无线通信功能**:可能采用蓝牙或者Wi-Fi连接实现远程操作与数据传输的便捷性。这使得医护人员能够根据患者的具体情况灵活地调节康复方案。 8. **安全防护措施制定**:包括过载保护、碰撞预防及紧急制动等机制,以防止意外伤害的发生。 9. **电源管理系统开发**:确保长时间工作条件下设备仍能保持稳定供电的同时,还应注重节能设计来降低能耗。 文件“基于STM32的下肢康复机器人控制系统设计.pdf”可能是一份技术报告或论文。它详细地介绍了上述各方面的设计理念、实现方案以及实验效果分析等内容。通过阅读这份文档,读者可以全面了解该系统的架构布局、控制策略及其实际应用成果,为学习嵌入式系统开发、医疗设备创新及STM32的应用提供重要参考价值。
  • 关于嵌入式Linux环境下用户探究
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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。
  • 外骨骼行走控制設計
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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。
  • 关于基于ROS外骨骼控制探讨_毕业论文.pdf
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    本文档为一篇学术论文,主要讨论了基于ROS(Robot Operating System)的上肢外骨骼康复机器人的控制系统设计与实现。通过分析现有技术问题并提出改进方案,旨在提升康复治疗的效果和用户体验。文档详细介绍了系统架构、关键技术及其应用前景。 本研究致力于设计并实现一种基于ROS的上肢外骨骼康复机器人的控制系统,旨在提升患者的康复训练效果。该系统能够实时获取机器人运动状态,并对康复动作进行规划与再现,同时记录及分析运行结果。为了应对机器人在操作过程中的非重复干扰问题,引入了自适应迭代学习控制算法以优化其轨迹追踪性能。 研究的主要内容包括: 1. 分析国内外上肢外骨骼康复机器人的最新研究成果和发展趋势,明确该类设备的需求和技术特点。 2. 确定各关节的运动规律,并验证所设计机器人结构的有效性。 3. 利用改进后的DH建模方法进行正逆向动力学分析和工作空间计算,并通过Matlab软件进行了结果验证。 4. 深入探讨ROS系统的架构、通信机制(话题和服务)、Rviz及Gazebo可视化工具以及运动规划核心Moveit!的功能与应用。 5. 完成基于ROS的康复机器人控制系统的设计,同时利用Solidworks中的sw2urdf功能创建了机器人的URDF描述文件。 6. 开发了一种包含鲁棒控制项的自适应迭代学习控制器设计方法,并进行了相关研究。 7. 实现了ROS系统与Matlab之间的联合仿真测试。 研究表明:所开发的控制系统能够准确执行康复训练任务,且可通过Matlab对机器人模型进行实时操控。这为基于Matlab算法在ROS环境中验证提供了可能的基础条件。 涉及的关键技术包括: - ROS系统的架构、通信机制(话题和服务)、Rviz及Gazebo可视化工具以及运动规划核心Moveit! - DH建模方法和正逆向动力学分析 - 自适应迭代学习控制策略与鲁棒性增强项的设计 - Matlab与ROS的联合仿真技术 - 康复机器人控制系统软件设计流程 - 上肢外骨骼康复机器人的需求和技术特征识别 - 各关节运动规律的研究及结构验证方法 - Solidworks中的sw2urdf功能和URDF描述文件生成过程 - Moveit!配置及其在机器人模型上的应用实例 - Rviz与Gazebo中轨迹规划的控制技术实施 - Lyapunov稳定性判据的应用以及收敛性分析
  • 外骨骼动力学分析与仿真.pdf
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    本文针对下肢康复外骨骼机器人进行动力学建模与分析,并通过仿真验证其性能,为设计更有效的康复设备提供理论依据。 #资源达人分享计划# 该计划旨在为参与者提供丰富的学习资源与经验分享,鼓励大家相互交流、共同成长。参与其中的达人们将定期发布各类实用资料,并通过互动讨论帮助他人解决问题,提升技能水平。 (注:此处未包含原文中可能存在的具体联系方式和链接信息)