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本書面向健康中國戰(zhàn)略，總結(jié)了研究團(tuán)隊(duì)近年來在多自由度并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人及其人機(jī)交互控制方面的重要研究進(jìn)展和成果，充分闡述了多自由度康復(fù)機(jī)器人的背景、驅(qū)動、構(gòu)型、控制系統(tǒng)和應(yīng)用技術(shù)，綜合探討了康復(fù)機(jī)器人的驅(qū)動與傳感技術(shù)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)及康復(fù)機(jī)器人實(shí)例、下肢康復(fù)機(jī)器人的力反饋交互控制和肌電自主控制、基于生物信號的人機(jī)交互接口，以及氣動腳踝康復(fù)機(jī)器人的柔順控制和腦機(jī)協(xié)作控制，*后討論了康復(fù)機(jī)器人在柔性外骨骼結(jié)構(gòu)、可穿戴傳感設(shè)備和以患者為中心的控制策略方面的發(fā)展趨勢。本書旨在為從事康復(fù)機(jī)器人科學(xué)和技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)的科技工作者、老師和學(xué)生提供有益的參考，可作為高職高專機(jī)械電子信息及相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的教材，也可供工程技術(shù)人員參考。

世界衛(wèi)生組織預(yù)測，到2050年，60歲以上老人將占世界總?cè)丝诘奈宸种�。我國也即將進(jìn)入深度老齡化社會，各類腦卒中、偏癱、肢體殘疾等運(yùn)動障礙患者數(shù)量增多。通過人工或簡單的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行康復(fù)理療，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會的康復(fù)需求，因此康復(fù)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并且成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。《健康中國2030規(guī)劃綱要》《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《十四五機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等都將醫(yī)療康復(fù)設(shè)備列為重點(diǎn)內(nèi)容之一。將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，不僅可以將康復(fù)醫(yī)師從繁重的訓(xùn)練任務(wù)中解放出來，減輕醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)，而且可以幫助患者進(jìn)行更加科學(xué)有效的康復(fù)訓(xùn)練，使患者的運(yùn)動機(jī)能得到更好的恢復(fù)。本書根據(jù)國內(nèi)外多自由度康復(fù)機(jī)器人的*新發(fā)展模式，結(jié)合下肢踝關(guān)節(jié)輔助康復(fù)需求特點(diǎn)，力圖從不同的角度全面介紹多自由度并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人及其人機(jī)交互控制方法的系統(tǒng)技術(shù)和工程應(yīng)用。盡可能結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用技術(shù)深入、全面、廣泛地向讀者介紹多自由度康復(fù)機(jī)器人的驅(qū)動、傳感、構(gòu)型、控制和應(yīng)用技術(shù)。全書從介紹康復(fù)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀開始，總體沿著多自由度并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成和人機(jī)交互控制應(yīng)用展開，闡述了康復(fù)機(jī)器人的驅(qū)動與傳感技術(shù)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)及剛性和柔性康復(fù)機(jī)器人實(shí)例、力反饋交互控制和柔順控制、基于生物信號的人機(jī)交互接口、肌電自主控制和腦機(jī)協(xié)作控制等，*后討論了并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人在下肢和腳踝輔助訓(xùn)練中的作用以及多自由度機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢。本書是在研究團(tuán)隊(duì)多年科研實(shí)踐的基礎(chǔ)上撰寫的，共分9章，第1章至第3章由劉泉和孟偉撰寫，第4章至第7章由艾青松和孟偉撰寫，第8章和第9章由劉泉和陳昆撰寫。全書由劉泉統(tǒng)稿，艾青松校對。在本書撰寫過程中，馬力、廖楊喆、陽俊等團(tuán)隊(duì)教師，左潔、劉艾明、朱承祥、張從勝、周蕾、張亞楠和徐圖等同學(xué)協(xié)助搜集整理了部分資料，在此一并致謝。本書全面介紹了康復(fù)機(jī)器人的概念及其背景，深入探討了面向下肢和腳踝康復(fù)的多自由度并聯(lián)機(jī)器人理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)與系統(tǒng)，可以為該領(lǐng)域面向本科生、研究生的教學(xué)提供參考，也可作為相關(guān)企業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。作者2022年5月

第1章康復(fù)機(jī)器人概述/1

1.1緒論/1

1.2多自由度康復(fù)機(jī)器人/3

1.2.1多自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)/3

1.2.2氣動肌肉驅(qū)動的康復(fù)機(jī)器人/9

1.3康復(fù)機(jī)器人的控制/13

1.3.1機(jī)器人輔助康復(fù)訓(xùn)練模式/13

1.3.2康復(fù)機(jī)器人控制方法/16

1.4康復(fù)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析/28

1.5本章小結(jié)/30

本章參考文獻(xiàn)/30

第2章康復(fù)機(jī)器人的驅(qū)動與傳感技術(shù)/45

2.1康復(fù)機(jī)器人驅(qū)動技術(shù)/45

2.1.1剛性驅(qū)動器/45

2.1.2氣動肌肉驅(qū)動器/47

2.1.3新型柔性驅(qū)動器/48

2.2康復(fù)機(jī)器人傳感技術(shù)/53

2.2.1物理信息傳感器/53

2.2.2生物信息傳感器/58

2.2.3新型光纖傳感器/66

2.3本章小結(jié) /72

本章參考文獻(xiàn)/72

第3章并聯(lián)機(jī)構(gòu)及康復(fù)機(jī)器人實(shí)例/76

3.1多自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用/76

3.1.1多自由度并聯(lián)機(jī)器人/76

3.1.2并聯(lián)機(jī)構(gòu)在康復(fù)中的應(yīng)用/81

3.2六自由度并聯(lián)下肢康復(fù)機(jī)器人/83

3.2.1六自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)/84

3.2.2下肢康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型/84

3.2.3下肢康復(fù)機(jī)器人動力學(xué)模型/89

3.2.4下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)集成/91

3.3二自由度并聯(lián)腳踝康復(fù)機(jī)器人/94

3.3.1二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)/94

3.3.2腳踝康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型/97

3.3.3腳踝康復(fù)機(jī)器人動力學(xué)模型/100

3.3.4腳踝康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)集成/103

3.4本章小結(jié)/106

本章參考文獻(xiàn)/107

第4章下肢康復(fù)機(jī)器人的力反饋交互控制/111

4.1下肢康復(fù)機(jī)器人力/位置混合控制/111

4.1.1力/位置混合控制原理及結(jié)構(gòu)/111

4.1.2力/位置混合控制仿真平臺/114

4.1.3基于力的機(jī)器人輔助康復(fù)訓(xùn)練策略/117

4.1.4機(jī)器人的力/位置混合控制實(shí)驗(yàn)/119

4.2基于阻抗模型的康復(fù)機(jī)器人交互控制/124

4.2.1阻抗模型及阻抗控制原理/125

4.2.2康復(fù)機(jī)器人自適應(yīng)阻抗控制/127

4.2.3基于阻抗的虛擬管道按需輔助/130

4.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析/133

4.3本章小結(jié)/139

本章參考文獻(xiàn)/140

第5章氣動腳踝康復(fù)機(jī)器人的柔順控制/142

5.1氣動肌肉的柔順性建模/142

5.1.1氣動肌肉的結(jié)構(gòu)與工作原理/142

5.1.2氣動肌肉力位移氣壓模型/144

5.1.3氣動肌肉的變剛度模型/145

5.2末端柔順的腳踝康復(fù)機(jī)器人導(dǎo)納控制/146

5.2.1任務(wù)空間導(dǎo)納控制原理及結(jié)構(gòu)/147

5.2.2腳踝關(guān)節(jié)主動力矩模型/149

5.2.3機(jī)器人導(dǎo)納控制器實(shí)現(xiàn)/151

5.3柔性腳踝康復(fù)機(jī)器人層級柔順控制/155

5.3.1基于自適應(yīng)調(diào)節(jié)的層級柔順控制/155

5.3.2層級柔順實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析/157

5.4本章小結(jié)/163

本章參考文獻(xiàn)/164

第6章基于生物信號的人機(jī)交互接口/166

6.1基于肌電信號的運(yùn)動意圖識別/166

6.1.1肌電信號預(yù)處理與特征提取/166

6.1.2下肢多源特征參數(shù)分析/167

6.1.3基于多源信息的運(yùn)動意圖識別/176

6.2神經(jīng)肌肉模型及其控制接口/181

6.2.1骨骼肌肉建模/182

6.2.2參數(shù)辨識及模型驗(yàn)證/186

6.2.3肌電驅(qū)動的機(jī)械臂自主控制/193

6.3腦電信號及其識別/196

6.3.1P300/SSVEP信號及特征提取/197

6.3.2P300/SSVEP意圖信號的識別/200

6.3.3基于SSVEP/P300的腦機(jī)接口/201

6.4本章小結(jié)/207

本章參考文獻(xiàn)/207

第7章下肢康復(fù)機(jī)器人的肌電自主控制/213

7.1基于肌體狀態(tài)的下肢康復(fù)機(jī)器人變阻抗控制/213

7.1.1肌肉活動狀態(tài)和肌力分析/213

7.1.2適應(yīng)肌體活動的變阻抗控制/215

7.1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析/217

7.2動作意圖主導(dǎo)的下肢康復(fù)機(jī)器人協(xié)作控制/224

7.2.1患者肌體疲勞狀態(tài)評估/224

7.2.2疲勞避免自適應(yīng)阻抗控制/231

7.2.3患者主導(dǎo)的人肌機(jī)協(xié)作控制/236

7.3本章小結(jié)/242

本章參考文獻(xiàn)/243

第8章腳踝康復(fù)機(jī)器人的腦機(jī)協(xié)作控制/245

8.1基于運(yùn)動想象腦電信號的意圖識別/245

8.1.1運(yùn)動想象腦電信號預(yù)處理/245

8.1.2基于腦網(wǎng)絡(luò)的通道選擇/248

8.1.3基于多域特征融合的運(yùn)動想象分類/250

8.2基于運(yùn)動想象的腳踝機(jī)器人協(xié)作控制/255

8.2.1基于運(yùn)動想象的腦控機(jī)器人系統(tǒng)/255

8.2.2腳踝康復(fù)機(jī)器人的腦機(jī)協(xié)作控制/258

8.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析/260

8.3本章小結(jié)/265

本章參考文獻(xiàn)/265

第9章總結(jié)/268

9.1全書工作總結(jié)/268

9.2未來研究展望/270

本章參考文獻(xiàn)/272

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