FES腳踏車恒功率刺激環(huán)設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、利用功能性電刺激技術(shù)康復(fù)截癱患者肢體運(yùn)動(dòng)功能是機(jī)械、控制及臨床康復(fù)交叉領(lǐng)域的前沿課題，功能性電刺激腳踏車訓(xùn)練（FESCycling）系統(tǒng)作為近年新興起的一種康復(fù)技術(shù)，不僅有利于改善患者的心肺功能、增強(qiáng)肌肉強(qiáng)度、恢復(fù)部分運(yùn)動(dòng)機(jī)能，而且有利于幫助患者建立自信，重返社會(huì)，其良好的康復(fù)效果已為大量實(shí)驗(yàn)所證明。本文以前期研究成果為基礎(chǔ)，對(duì)構(gòu)建功能性電刺激恒功率刺激環(huán)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，研究結(jié)果表明，電刺激恒功率刺激環(huán)控制系統(tǒng)與速度控制為目標(biāo)的

2、系統(tǒng)相比，具有更高的穩(wěn)定性，使患者訓(xùn)練量更易于調(diào)節(jié)，有更廣泛的適應(yīng)人群。
　　本文詳細(xì)的綜述了功能性電刺激腳踏車系統(tǒng)研究領(lǐng)域的國內(nèi)外研究狀況，以實(shí)驗(yàn)室已有研究成果為基礎(chǔ)，開展了FES腳踏車刺激環(huán)的設(shè)計(jì)及研究。首先，結(jié)合FES腳踏車系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置的特點(diǎn)，用桿件運(yùn)動(dòng)分析方法，建立了蹬踏運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)結(jié)合人體的生理特征，使用肌肉動(dòng)力學(xué)模型和能量消耗模型，以運(yùn)動(dòng)平均效率最高為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)刺激模式不僅能協(xié)調(diào)蹬

3、踏運(yùn)動(dòng)中肌肉的收縮，而且能夠確保訓(xùn)練的高效率的良好效果。其次，分析被控對(duì)象特性，進(jìn)行辨識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并用Simulink編寫出了相關(guān)控制模塊。采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以ARMAX為模型類進(jìn)行辨識(shí)，獲取了蹬踏運(yùn)動(dòng)時(shí)，以脈沖寬度為輸入、曲柄處功率為輸出的人機(jī)模型。最后，用極點(diǎn)配置方法完成了控制器的設(shè)計(jì)工作，并進(jìn)行了控制系統(tǒng)的仿真及實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能良好，并有較好的跟蹤性能，能夠滿足訓(xùn)練者運(yùn)動(dòng)定量控制的要求。
　　本課題實(shí)