下肢康復(fù)機(jī)器人軌跡規(guī)劃及其柔順性控制研究.pdf

1、下肢康復(fù)機(jī)器人能夠?yàn)槟X卒中或某些意外事故導(dǎo)致的下肢偏癱、靈活性較差的患者提供康復(fù)訓(xùn)練理療。利用康復(fù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)精確控制、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及在線評(píng)估，很大程度上提高了康復(fù)訓(xùn)練的效果。六自由度并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、累積誤差小、定位精度高、負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在空間對(duì)接運(yùn)動(dòng)、隔振、模擬駕駛、康復(fù)醫(yī)療設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。將并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用在下肢康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，一方面可以將康復(fù)醫(yī)師從繁重的手動(dòng)訓(xùn)練中解放出來(lái)，另一方面幫助患者進(jìn)行科學(xué)的訓(xùn)練、輔助其恢復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)

2、能。
　　本文研究了下肢康復(fù)過程中的軌跡規(guī)劃、高精度位姿控制及柔順力控制問題，可實(shí)現(xiàn)有效的康復(fù)訓(xùn)練和多種康復(fù)模式。主要研究工作如下：
　　（1）建立人體步態(tài)信息數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃?；谝曨l捕捉系統(tǒng)建立人體步態(tài)數(shù)學(xué)模型，獲得人體膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和腳心數(shù)據(jù)。采用三次樣條函數(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，保證速度、加速度過渡平滑，防止對(duì)患者造成二次損傷，并根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解得到了工作空間和關(guān)節(jié)空間內(nèi)的軌跡、速度和加速度信息。
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3、）并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人的位姿控制研究。為了保證在康復(fù)運(yùn)動(dòng)中步態(tài)軌跡跟蹤的精度且提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用非奇異終端滑模控制，結(jié)合具體動(dòng)平臺(tái)參數(shù)和指數(shù)趨近律的思想提出合適的控制律，在該控制律下，通過Lyapunov穩(wěn)定性定理證明康復(fù)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且從理論上可以保證軌跡跟蹤誤差在一定時(shí)間內(nèi)收斂為零。
　　（3）并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人的柔順性控制研究。采用導(dǎo)納控制來(lái)進(jìn)行柔順性康復(fù)訓(xùn)練，對(duì)導(dǎo)納控制的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，并探討其對(duì)力控制性能的影響