一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法技术

技术编号:15500806 阅读:127 留言:0更新日期:2017-06-03 22:28
本发明专利技术公开了一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,包括以下步骤:第一步:依据拉格朗日函数与汉密尔顿原理所建立的数学模型,预测机器人辅助起立过程人体下肢关节角;第二步:对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究;第三步:对辅助起立过程人体各主要部位角速度与角加速度进行测试。本发明专利技术的辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,对机器人辅助患者完成起立时,患者各关节运动轨迹和运动学参数进行测试,为起立机器人位置控制与患者起立过程力学研究奠定基础。

Human body kinematics modeling and testing method of an auxiliary standing robot

The invention discloses a human robot assisted standing kinematics modeling and test method, which comprises the following steps: the first step: Based on the established mathematical model of Lagrange function and the Hamilton principle, the prediction process of robot assisted rose hip joint and knee joint angle; the second step: a simulation and experimental study on changes in joint angle stand up stand up robot assisted patients; the third step: to test the main parts of the human body to assist angular velocity and angular acceleration. The invention of the human robot assisted standing kinematics modeling and test methods of robot assisted patients completed when standing up, with the movement of each joint trajectory and kinematics parameters were tested for standing position control and lay the foundation of robot patients rose to mechanics.

【技术实现步骤摘要】
一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法
本专利技术涉及一种机器人建模方法,具体涉及一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,属于智能电子产品

技术介绍
起立是生活中最基本的运动之一,也是完成其他运动的准备姿势,但对老年人、功能障碍、脊髓损伤、偏瘫和全瘫等患者而言,完成站立要付出巨大努力,甚至是无法完成的任务,造成其长期保持坐姿,无法或者很少运动而导致相关生理衡并提供部分辅助力完成起立但完全依靠上肢辅助起立,要求患者上肢健全且肌肉力较大,辅助起立时上肢将承受身体全部重量,容易受损伤,而且长时间会导致上肢各关节并发症,起立运动不但对人体肌肉骨骼系统要求非常高,而且要求患者方向感和平衡能力较强,特别是下肢肌肉强度是完成起立关键因素,所以开发辅助患者进行起立训练、保持下肢平衡感和逐渐恢复肌肉强度的辅助器具很有意义;目前,功能性电刺激技术可辅助患者完成起立训练,但训练过程需大量试验评估,患者对新控制方法和调整参数适应过程冗长,患者往往会由于单调的训练失去耐心,因此训练时间不宜过长,机械装置也可辅助起立,但口前所设计装置结构简单,控制系统、信号采集和反馈系统不完善,既无法反馈训练信息,也无法实时控制和监测训练过程,更无法对患者起立运动轨迹进行可编程规划,患者被固定于辅助装置而无法主动参与训练过程。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为解决上述问题,本专利技术提出了一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,通过分析人体起立过程,利用拉格朗日方程和汉密尔顿原理,推导人体起立运动学方程并在Matlab/Simulink中建立模拟平台;对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究,模拟和试验结果证明了所建模型可有效预测起立关节角;并对机器人辅助患者完成起立时,患者各关节运动轨迹和运动学参数进行测试,为起立机器人位置控制与患者起立过程力学研究奠定基础。(二)技术方案本专利技术的辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,包括以下步骤:第一步:依据拉格朗日函数与汉密尔顿原理所建立的数学模型,预测机器人辅助起立过程人体下肢关节角;第二步:对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究,试验表明辅助站立过程中髓关节的水平与竖直方向的位置变化最大,而踩关节最小,踩关节在站立过程中可近似为固定点,所测髓关节处的运动轨迹为辅助起立机器人位置控制奠定了基础;第三步:对辅助起立过程人体各主要部位角速度与角加速度进行了测试,得出小腿质心处的角加速度值最大,而躯干质心的角速度值最大的结果。(三)有益效果与现有技术相比,本专利技术的辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,通过分析人体起立过程,利用拉格朗日方程和汉密尔顿原理,推导人体起立运动学方程并在Matlab/Simulink中建立模拟平台;对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究,模拟和试验结果证明了所建模型可有效预测起立关节角;并对机器人辅助患者完成起立时,患者各关节运动轨迹和运动学参数进行测试,为起立机器人位置控制与患者起立过程力学研究奠定基础。具体实施方式一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,包括以下步骤:第一步:依据拉格朗日函数与汉密尔顿原理所建立的数学模型,预测机器人辅助起立过程人体下肢关节角;第二步:对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究,试验表明辅助站立过程中髓关节的水平与竖直方向的位置变化最大,而踩关节最小,踩关节在站立过程中可近似为固定点,所测髓关节处的运动轨迹为辅助起立机器人位置控制奠定了基础;第三步:对辅助起立过程人体各主要部位角速度与角加速度进行了测试,得出小腿质心处的角加速度值最大,而躯干质心的角速度值最大的结果。上面所述的实施例仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行描述,并非对本专利技术的构思和范围进行限定。在不脱离本专利技术设计构思的前提下,本领域普通人员对本专利技术的技术方案做出的各种变型和改进,均应落入到本专利技术的保护范围,本专利技术请求保护的
技术实现思路
,已经全部记载在权利要求书中。本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,其特征在于:包括以下步骤:第一步:依据拉格朗日函数与汉密尔顿原理所建立的数学模型,预测机器人辅助起立过程人体下肢关节角;第二步:对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究,试验表明辅助站立过程中髓关节的水平与竖直方向的位置变化最大,而踩关节最小,踩关节在站立过程中可近似为固定点,所测髓关节处的运动轨迹为辅助起立机器人位置控制奠定了基础;第三步:对辅助起立过程人体各主要部位角速度与角加速度进行了测试,得出小腿质心处的角加速度值最大,而躯干质心的角速度值最大的结果。

【技术特征摘要】
1.一种辅助起立机器人人体运动学建模和试验方法,其特征在于:包括以下步骤:第一步:依据拉格朗日函数与汉密尔顿原理所建立的数学模型,预测机器人辅助起立过程人体下肢关节角;第二步:对起立机器人辅助患者起立时关节角度变化进行模拟与试验研究,试验表明辅助站立过程中髓关节的...

【专利技术属性】
技术研发人员:朴松昊
申请(专利权)人:哈尔滨工大天才智能科技有限公司
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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