本书从卧式下肢康复训练机器人机械结构、康复运动规划和动力学分析、康复控制系统设计与鲁棒性、康复效果评定方法和实验平台五个方面对卧式下肢康复训练机器人关键技术进行较深入的理论分析和实验。书中提出了具有针对性的、适合个性化训练的卧式下肢康复训练机器人结构设计方案，给出了机器人结构参数影响下的下肢关节角度内在变化规律，揭示了卧式下肢康复训练机器人与人体运动特征匹配度的内在关系，构建了被动、示教学习，以及助力和主动阻抗等多种康复训练控制策略，同时建立了下肢康复程度评估模型，验证所提出的理论和方法的正确性。
本书可供从事康复机器机构研究的工程技术人员与高等院校相关专业的师生阅读参考。
姜大伟，1979年11月生，教授，长春理工大学博士研究生毕业，硕士生导师，在工作期间，紧密结合吉林省医疗康复产品的研究方向，积极开展康复理疗系列、康复器材系列、残疾人辅助器具系列、无障碍设施系列等产品研发与产业化工作，主持完成了系列肢体康复训练机器人研究项目，其中吉林省科技厅项目2项、教育厅项目2项、长春市科技局项目1项。作为主要完成人参与“基于训练路径的上肢康复机器人结构设计方法研究”和“基于仿生张拉整体结构的可穿戴下肢康复机器人结构设计方法研究”2项国家自然基金项目，参与完成国家高技术研究发展计划（863计划）“中医按摩机器人”子课题项目“四自由度按摩机器人手臂设计与开发”项目，吉林省科技厅项目“上肢仿生康复外骨骼机器人设计方法及应用研究”项目。在肢体康复医疗器械方面解决了一系列结构与控制方面的关键性技术难题，部分产品与技术达到了国内领先水平。期间获得授权国家发明专利30余项，实用新型专利40余项，发表论文20余篇。相关成果2013年荣获吉林省科技厅举办“吉林省发明创造大赛”二等奖；2014年专利成果荣获吉林省政府颁发“吉林省专利奖”；2015年荣获吉林省自然学术成果委员会颁发“吉林省自然科学学术成果奖”二等奖；2016年专利成果荣获吉林省政府颁发“吉林省专利金奖”；2016年研究成果荣获长春市科技进步奖一等奖；2018年研究成果荣获吉林省科技进步奖三等奖；2020年获吉林省科技进步二等奖；2021年获吉林省科技进步三等奖。
第1章 绪论 001
1.1 下肢康复训练机器人研究的目的和意义 001
1.2 下肢康复训练机器人机械结构的国内外研究现状 002
1.2.1 悬挂式下肢康复训练机器人 002
1.2.2 外骨骼式下肢康复训练机器人 007
1.2.3 坐卧式下肢康复训练机器人 009
1.3 下肢康复训练机器人控制策略的国内外研究现状 014
1.3.1 被动康复模式的控制策略 014
1.3.2 助力康复模式的控制策略 015
1.3.3 阻抗康复模式的控制策略 016
1.4 康复程度评估方法的国内外研究现状 017
1.5 本书主要内容 018
1.6 整体技术研究路线 019
第2章 基于运动康复的卧式下肢康复训练机器人的机械结构设计 021
2.1 概述 021
2.2 运动康复分析 021
2.3 人体下肢骨关节模型屈曲运动分析023
2.4 卧式下肢康复训练机器人设计要求026
2.5 卧式下肢康复训练机器人结构设计028
2.5.1 卧式下肢康复训练机器人整体结构方案028
2.5.2 卧式下肢康复训练机器人悬臂与蹬踏结构设计029
2.5.3 腿部辅助吊升结构设计 031
2.5.4 底部支架与垂直升降结构设计 031
2.5.5 主要部件参数选定032
2.6 卧式下肢康复训练机器人结构静力学分析034
2.6.1 关键零部件有限元模型的建立034
2.6.2 关键零部件网格划分035
2.6.3 关键零部件的有限元分析036
2.7 本章小结045
第3章 卧式下肢康复训练机器人系统运动学与动力学分析047
3.1 概述047
3.2 人机系统运动学分析047
3.2.1 人机系统运动学建模048
3.2.2 人机系统运动学仿真 053
3.3 人机系统动力学分析 058
3.3.1 拉格朗日动力学分析 058
3.3.2 人体下肢拉格朗日动力学模型 061
3.4 驱动系统动力学建模 065
3.5 人机协调动力学建模 066
3.6 人机系统动力学仿真 067
3.7 本章小结 071
第4章 卧式下肢康复训练机器人控制系统设计与鲁棒性 072
4.1 概述 072
4.2 控制系统硬件组成 072
4.3 卧式下肢康复训练机器人控制策略 074
4.3.1 基于模糊PID 控制算法的被动康复控制策略 074
4.3.2 基于力、位反馈的被动示教学习控制策略 078
4.3.3 助力控制策略 079
4.3.4 主动阻抗控制策略 079
4.4 卧式下肢康复训练机器人控制系统鲁棒性 082
4.4.1 基于强跟踪滤波的卧式下肢康复训练机器人控制系统特性分析 083
4.4.2 卧式下肢康复训练机器人伺服系统模型的建立 085
4.4.3 基于STF 的康复训练运动控制系统滤波环节设计 088
4.5 卧式下肢康复训练机器人控制系统与系统鲁棒性仿真验证 090
4.5.1 控制系统仿真验证090
4.5.2 控制系统鲁棒性仿真验证095
4.6 本章小结099
第5章 基于置信规则库的人体下肢康复效果评估方法 100
5.1 概述 100
5.2 患者下肢肌力的评定 101
5.3 置信规则库理论及应用 102
5.4 基于BRB 的卧式下肢康复训练机器人康复效果评估模型 103
5.4.1 基于ER 的规则推理过程 104
5.4.2 基于Fmincon 算法的BRB 参数优化 106
5.5 基于BRB 的卧式下肢康复训练机器人康复效果评估 107
5.5.1 BRB 健康评估模型的建立 107
5.5.2 仿真实验 108
5.5.3 对比分析 113
5.6 本章小结 114
第6章 卧式下肢康复训练机器人实验平台 115
6.1 概述 115
6.2 卧式下肢康复训练机器人实验平台简介 115
6.3 卧式下肢康复训练机器人人机界面软件开发 116
6.4 卧式下肢康复训练机器人相关实验 118
6.4.1 卧式下肢康复训练机器人检测实验平台 118
6.4.2 被动康复训练模式实验 120
6.4.3 康复训练学习模式实验 122
6.4.4 助力康复训练模式实验 123
6.4.5 阻抗康复训练模式实验 125
6.4.6 康复训练控制系统鲁棒性实验 126
6.5 本章小结 128
参考文献 130
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