基于磁流变原理的病理性震颤抑震机理与方法研究

从研究病理性人体上肢震颤生物机械模型入手，针对人体上肢非刚体特性，研究人体上肢震颤特性测量原理与方法，分析病理性人体上肢完成动作全过程中生物机械特性变化规律及常见病理性震颤在生物机械特性的差异，建立统计数学模型。进而建立阻尼特性与人体上肢震颤机械特性的关系模型，揭示病理性人体上肢完成全动作过程中抑震阻尼的变化规律，建立抑震阻尼对非意向性运动影响的模型，获取最优抑制震颤阻尼特性，提出具有自我调节能力的变阻尼抑震机理。在此基础上，分析阻尼特性与磁场强度、旋转速度之间的关系，建立人体上肢及抑震机器人组成的生物-机电系统模型，结合抑震机器人特征参数对病理性人体上肢震颤模型的影响，建立人体上肢及抑震机器人间参数耦合关系模型，优化设计旋转式磁流变液可控阻尼抑震机器人系统模型。为解决病理性震颤患者震颤特性随着运动状态而变化问题提供理论依据，并为目前医学上缺少完全治愈震颤方法的现状提供了一种有效的解决途径

病理性震颤是一种非意愿的，类简谐运动，通常出现在人体上肢，严重影响着患者的日常生活。为有效地抑制震颤，考虑人体上肢的非刚体特性, 基于上肢的生物肌电信号和运动信号，选用改进后的辅助变量法辨识出上肢震颤生物机械模型，以分析病理性上肢完成动作过程中生物机械特性变化规律。根据阻尼特性与上肢震颤机械特性间的关系，揭示病理性上肢完成全动作过程中抑震阻尼的变化规律，并提出具自我调节能力的抑震机理。根据震颤信号和意向运动信号耦合的特点，提出了限窗滑动线性傅立叶拟合（SBMFLC）算法、自适应的滑动线性傅立叶拟合（ASBMFLC）算法和自适应带通滤波分离算法，以辨识出震颤信号，建立阻尼与震颤运动间的关系模型，减少对意向运动的影响。考虑阻尼器的安装和患者的要求、根据人体尺寸标准设计出可依附于人体，并能满足关节所需运动范围的可穿戴式外骨骼抑震机器人系统。基于抑震系统的结构特点，设计出质量轻、体积小、输出阻尼力矩足够的新型磁流变阻尼器，然后由磁流变液的Bingham模型，应用有限元法对阻尼器进行结构参数的优化。根据磁流液的阻尼特性与磁场强度、旋转速度之间的关系，结合抑震机器人特征参数对病理性人体上肢震颤模型的影响，优化人体上肢及可控阻尼的抑震机器人组成的生物-机电系统模型，并提出以关节角度为输入量，可调电流为输出量的模糊神经网络与逐步逼近期望值相结合的控制方法。基于震颤上肢可近似二阶系统的特性，研制出模拟上肢震颤的机械装置，以提供震颤信号和检验抑震效果的实验平台。抑震实验结果表明，所研制的基于磁流液阻尼器的抑震系统可对震颤进行有效抑制，为目前医学上缺少完全治愈震颤方法的现状提供了一种有效的解决途径。