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| 編輯推薦： |
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机器人应用于康复保健领域是机器人产业发展的必然趋势，但目前卧式下肢康复训练机器人由于结构、控制系统和康复效果评估等方面的技术局限性，导致患者康复过程中存在康复舒适性差和康复效果不佳的问题。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研究等五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研究。本书具有以下两大特点：（1）本书内容针对下肢康复训练机器人进行研究，对缓解康复医疗资源供需矛盾，提高脑卒中患者的生活质量，带动相关产业发展，增加就业，对促进社会和谐具有重要的意义。（2）本书研究内容是作者多年科研成果的总结，具有重要的科研与实际应用意义。
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| 內容簡介： |
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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。
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| 關於作者： |
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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。
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| 目錄：
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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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| 內容試閱：
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机器人应用于康复保健领域是机器人产业发展的必然趋势，但目前卧式下肢康复训练机器人由于结构、控制系统和康复效果评估等方面的技术局限性，在患者康复过程中存在康复舒适性差和康复效果不佳的问题。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，主要内容如下：
以人体下肢康复运动疗法与下肢屈曲运动角度变化规律为出发点，结合人体下肢肌肉解剖学特性和相关参数，提出具有针对性的、适合个性化训练的卧式下肢康复训练机器人的结构设计方案，在保证患者康复位置与下肢运动角度多样性的同时，确保康复过程的舒适性，对关键零部件进行有限元静力学分析，提高设备结构的可靠性。
从人体下肢的生理结构中提取与人体下肢运动功能等效的运动学模型，进而准确模拟转动曲柄和康复位置变化下的下肢膝关节与髋关节运动关节角度范围内的可达空间，合理确定康复机器人的物理参数，给出机器人结构参数影响下肢关节角度的内在变化规律。利用拉格朗日法建立人体下肢动力学和人机系统动力学模型，揭示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，通过Adams 与Matlab 联合仿真分析，获得康复过程中人机系统的动力学参数，为制定有效的康复策略和控制策略提供理论依据。
研究不同康复阶段下肢临床特点，确定康复各阶段下肢关节活动度的维持与训练方法。研究在下肢运动康复过程中，不同控制策略对患者康复效果的影响，构建被动、示教学习，以及助力和主动阻抗等多种康复训练控制策略，得出不同控制策略下下肢康复运动过程中关节运动特性与力学特性。针对康复训练控制系统鲁棒性差的问题，建立伺服传动系统模型，提出基于强跟踪滤波方法的自适应模糊PID 主被动控制策略，提高系统鲁棒性，确保康复过程的安全性。
基于肌力评定方法和置信规则库理论，结合临床康复理论、专家临床经验等定性知识和采集的真实有效的下肢康复状态定量测试数据，建立下肢康复程度评估模型。由于专家经验等定性知识的主观性，采用Fmincon 优化算法对初始BRB 进行优化，提高模型的评估精度。通过与隐马尔可夫算法进行对比分析，验证置信规则库评估方法的正确性和先进性，为建立置信规则库的临床下肢康复评估决策支持系统奠定理论与实践基础。
基于卧式下肢康复训练机器人机械结构和康复控制策略，研制卧式下肢康复训练机器人实验平台，并研究基于Qualisys 运动捕捉系统的外部实时测量实验平台，实现对下肢康复机器人的实验研究，最终根据计算、仿真、分析的结果，综合测试其各个性能指标，验证所提出的理论和方法的正确性。
本书内容的研究得到了吉林省医疗仪器与器械产业技术创新战略联盟项目“交互式上下肢康复训练机器人设计与开发”（项目编号：20150309005YY）和吉林省科技厅科技发展计划项目“卧式下肢康复训练机器人”（项目编号：2017307005YY）的支持。在本书编写过程中，长春工业大学孙建伟教授和长春理工大学石广丰教授提出许多宝贵意见，在此表示感谢！
由于笔者水平有限，书中难免存在不足之处，欢迎广大读者批评指正。
姜大伟
长春工业大学
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