摘要
腕关节损伤后由于长期的滞动会使肌肉肌腱粘连挛缩，逐渐失去运动能力。常见的医疗手段如药物、电疗及超声波等手段能在一定程度上缓解肌肉粘连的症状，但想要恢复运动功能必须进行康复训练。目前的康复训练过程以人工辅助运动为主，耗费人力物力并且患者主观参与程度较低，训练过程的自动化程度较低。本课题主要研究一款腕关节康复外骨骼机器人，并研究肌电信号对人体肌肉状态、力量及关节运动的表征，将反映患者的主观意愿的肌电信号应用到患者的康复训练中，并对提出的康复训练进行实验验证。 针对腕关节的生理及运动特点，并结合现有腕关节外骨骼存在的一些问题，研制了一款开环式可调节的腕关节康复外骨骼机器人，能够实现腕部三个方向的运动；并对该外骨骼进行了运动学分析和力学分析，解决了之前在传动耦合及康复操作舒适性等方面的问题。 搭建肌电信号的采集平台，研究肌电信号的三种应用方法：利用肌电信号监视肌肉的实时状态，通过提取肌电信号中的疲劳特征辨别肌肉的疲劳状态；利用肌电信号预测关节运动角度，通过小波分析的方法提取肌电信号中运动信息，并利用支持向量机进行关节角度的预测；利用肌电信号预测肌肉力量，通过多项式拟合的方法建立肌电信号和肌肉力量之间的映射关系，并通过肌电疲劳特征对模型进行修正使预测更加准确。 利用肌电信号的三种应用设计了三种康复训练模式，分别为基于肌电疲劳的被动式康复模式，可以根据患者肌肉的实时状态调整运动轨迹；基于肌电角度预测的主动康复模式，外骨骼预测患者的运动角度，带动患者进行康复训练；以及基于肌力预测的阻抗式康复训练模式，预测患者的肌肉力量进行力量增强的训练。 建立外骨骼系统的仿真模型，对外骨骼的单方向运动及三个方向的复合运动进行了仿真验证；对三种康复模式进行了仿真验证，仿真结果表明基于肌电信号的三种康复模式能够实时反映患者的主观意图，实现了康复过程的自动化及智能化过程。该套外骨骼康复系统在机械结构上及控制方法上都具有可行性，可以满足患者整个康复训练阶段的需求。
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