針對睡眠過程中無束縛監測心動信息的需求和現有檢測方法在精度和方便性方面存在的缺點，本研究設計制作了一套利用加速度傳感器無束縛檢測心沖擊的系統，開發了相應算法。心沖擊信號具有方向性，沿脊柱方向強度最大，受呼吸運動影響最小。本研究采用固定于床體的 3 軸加速度傳感器檢測心沖擊激發的床體振動，從中分離提取脊柱方向信號，以實現睡眠過程中的無束縛心沖擊檢測。信號預處理中，首先利用頻率特征分析找出心沖擊信號的頻率范圍，然后在此范圍內對原始信號進行分段濾波并將結果與理論波形比較，以確定信號的通頻閾值，從而獲得準確的心沖擊波形。本研究基于能量波形進行 J 波檢測，并提出了一種幅值與周期相結合的自適應閾值算法，以準確提取心率。通過與心電圖的對比實驗，驗證了噪聲背景下提取心沖擊信號的準確性和魯棒性。對 30 名受試者進行的實驗結果顯示，所開發的系統檢測心率的準確度高達 99.21%，驗證了利用加速度傳感器無束縛檢測心沖擊的可行性。
介入栓塞治療廣泛用于腫瘤靶向治療、抗器官功能亢進和止血等手術。栓塞劑注射過程中，醫師需要在X線照射環境下工作；而且，栓塞劑注射操作很大程度上依賴于醫生的經驗與手感，栓塞劑的過量注射會導致反流，造成異位栓塞并引發嚴重的并發癥。作為降低射線照射、提高介入栓塞治療成功率的有效手段，栓塞劑注射機器人受到高度期待，但如何決策栓塞劑的推注流速，是一個尚待解決的問題。本文在流體力學仿真和實驗的基礎上，建立了可避免反流的平均動脈壓-注射流速邊界曲線模型，為栓塞劑智能注射系統的控制提供了設計依據，并且搭建了注射系統的體外實驗平臺，進行了驗證實驗。結果顯示，在反流臨界流速曲線模型的引導下設計的栓塞劑注射流速曲線，可有效避免栓塞劑反流，同時縮短栓塞劑注射時間，超出該模型的流速限制將引發正常血管被栓塞的風險。本文確認了依據反流臨界流速曲線設計栓塞劑注射流速的有效性，可在實現栓塞劑的快速注射的同時避免反流，為栓塞劑注射機器人的設計提供了依據。
剖析人體踝關節生理結構及運動特性，提出一種四自由度廣義球面并聯機構來滿足踝關節康復運動需求。采用螺旋理論分析機構運動特性，基于球坐標描述位置、歐拉角描述姿態的方法，建立機構位置逆解封閉矢量方程。根據逆解約束條件分析機構工作空間，以機構動球心工作空間匹配踝部脛距關節運動空間、動平臺工作空間匹配踝部距下關節運動空間為目標，采用遺傳算法對機構關鍵尺度參數進行優化設計。研究結果表明，該廣義球面并聯機構工作空間能夠滿足人體踝關節康復實際運動空間。通過本文研究結果，可為高匹配度踝關節康復機器人本體設計提供理論依據和實驗參考。
通過輔助長期臥床人員定時翻身，調整壓力分布避免單一部位長時間受壓是預防壓瘡的最有效措施。但被動輔助翻身與人體主動翻身相比，身體各部位受力存在明顯差異，可能影響翻身舒適性，甚至對外傷及危重患者造成二次傷害。因此，探究被動翻身舒適性影響因素，確定最優翻身策略具有較大的實用價值。首先，本文研究被動翻身人體各關節承載特征，提出了一種楔形氣囊構型，并將床墊楔形氣囊對偶布局等效為彈簧-阻尼模型，并基于實驗方法進行模型關鍵參數辨識。然后，通過調整施力位置、順序，設計了不同輔助翻身策略，建立了基于剛性人體結構與柔性等效彈簧的人-墊力耦合仿真模型，獲得了人體主要承壓部位受力情況。最后，對15名受試者開展輔助翻身試驗，通過分析仿真結果、實驗數據及問卷評分，驗證了輔助翻身與壓力調整效果，闡明了被動翻身過程人體舒適性的力學影響因素，為后續床墊構型設計與輔助翻身策略優化提供了理論基礎。