下肢康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制策略研究.pdf

1、隨著自然災(zāi)害的頻發(fā)和老齡化程度的加劇，我國(guó)存在大量的下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙病人，對(duì)于康復(fù)機(jī)器人有著迫切的需求。在這樣的背景下，針對(duì)本課題組設(shè)計(jì)的下肢康復(fù)機(jī)器人，本文進(jìn)行了控制系統(tǒng)、變工作空間軌跡規(guī)劃、控制策略以及實(shí)驗(yàn)四個(gè)方面的研究。
　　首先，為了提高下肢康復(fù)機(jī)器人的安全性，設(shè)計(jì)了電氣、軟件兩重安全限位。從康復(fù)機(jī)器人實(shí)際需求出發(fā)，搭建了功能全面的硬件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了集多種模式康復(fù)訓(xùn)練、病人信息管理、用戶信息管理等功能于一體的軟件系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)

2、下肢康復(fù)機(jī)器人的整改，使其通過(guò)了電磁兼容測(cè)試。
　　其次，以病人大小腿腿長(zhǎng)、關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍為變量，對(duì)變工作空間進(jìn)行了求解，設(shè)計(jì)了圓周、直線兩種系統(tǒng)軌跡。為滿足個(gè)別病人對(duì)訓(xùn)練軌跡的特殊要求，設(shè)計(jì)了圖形示教模式，可以繪制圓周、直線、任意曲線軌跡。為了平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練軌跡，對(duì)位移、速度、加速度進(jìn)行了多項(xiàng)式插值。
　　再次，設(shè)計(jì)了被動(dòng)訓(xùn)練、助力訓(xùn)練、主動(dòng)訓(xùn)練三種訓(xùn)練方法。將阻抗控制策略應(yīng)用于被動(dòng)訓(xùn)練中，當(dāng)病人作用力突變時(shí)，能夠提高下肢康

3、復(fù)機(jī)器人的柔順性，對(duì)病人進(jìn)行保護(hù)。在助力訓(xùn)練中，以阻抗模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了輔助力，達(dá)到了針對(duì)不同病人給予不同輔助力的目的。主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，下肢康復(fù)機(jī)器人利用沙土模型模擬沙土環(huán)境，使病人能夠感受不同硬度的沙土環(huán)境。并對(duì)三種訓(xùn)練方法分別進(jìn)行了仿真，分析了對(duì)應(yīng)控制策略中參數(shù)的影響。
　　最后，進(jìn)行了下肢康復(fù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了扭矩傳感器濾波、重力參數(shù)計(jì)算、腿長(zhǎng)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?？刂撇呗詫?shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了被動(dòng)訓(xùn)練、助力訓(xùn)練、主動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，對(duì)相