可穿戴式下肢康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、下肢康復(fù)機(jī)器人是近年來(lái)國(guó)內(nèi)興起的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)，其是一種人機(jī)耦合裝置，主要用來(lái)幫助偏癱患者或者下肢受傷者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，恢復(fù)肢體的運(yùn)動(dòng)能力。控制系統(tǒng)是下肢康復(fù)機(jī)器人研究的重要內(nèi)容，其性能與可靠性會(huì)直接影響康復(fù)機(jī)器人的康復(fù)效果。康復(fù)機(jī)器人的控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)對(duì)康復(fù)機(jī)器人的研究有著重要的作用。
　　作為項(xiàng)目組下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)的一部分，本文對(duì)簡(jiǎn)化的人體模型——五連桿模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，重點(diǎn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選取及驗(yàn)證、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深

2、入研究。首先，根據(jù)人體步態(tài)實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)起立、下蹲以及行走三種狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的位置進(jìn)行了擬合，將得到的曲線作為動(dòng)力學(xué)分析及控制系統(tǒng)的輸入；然后，對(duì)人和外骨骼組成的系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，并在動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到下肢不同部分在運(yùn)動(dòng)時(shí)的角速度、角加速度和所需力矩，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型依據(jù)；之后，建立了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)進(jìn)行空載的和負(fù)載的位置控制仿真，驗(yàn)證了電機(jī)的性能；最后，建立了完整的基于位置控制的控制系統(tǒng)模型

3、，分別對(duì)起立模式、下蹲模式和行走模式進(jìn)行位置控制仿真，并對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器在各個(gè)運(yùn)動(dòng)模式下是否能夠滿足需求進(jìn)行了分析驗(yàn)證，確定了 PID參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍；此外，在主控板上實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的控制算法。
　　本文根據(jù)對(duì)人體簡(jiǎn)化模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，完成了執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型與驗(yàn)證，建立了下肢康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的對(duì)象模型，并根據(jù)該對(duì)象模型的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的 PID控制器，使下肢康復(fù)機(jī)器人能夠按照人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)患肢運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的