基于OpenSim的人體下肢與康復機器人耦合仿真.pdf

1、隨著人體下肢運動機能異?；颊呷找嬖龆啵鐣惹行枰哂凶赃m應閉環(huán)控制能力的機器人化康復訓練系統(tǒng)。本文針對在開發(fā)新型下肢康復機器人過程中出現(xiàn)的控制算法有效性及可靠性等難以快速驗證和優(yōu)化的問題，系統(tǒng)研究虛擬仿真系統(tǒng)中的高精度人體建模、人體下肢肌骨模型正逆動力學求解問題、下肢康復外骨骼的運動學及動力學分析問題，提出實現(xiàn)人體系統(tǒng)與外骨骼機構之間正動力學耦合仿真的解決方案，進而根據(jù)仿真結果優(yōu)化控制算法參數(shù)，有望通過可自適應調節(jié)的步態(tài)訓練促使患者下

2、肢運動肌能更好更快的恢復。本文的主要研究工作概括如下:
　　1.首先，利用OpenSim軟件建模功能建立高精度的人體下肢肌骨模型，并基于SimTrack進行典型人體雙足步行過程的逆向動力學仿真分析，獲得各肌肉力數(shù)據(jù)。在逆向動力學分析流程中采用實現(xiàn)正解過程所使用的肌肉控制計算模型算法CMC（Computed Muscle Control Algorithm）以及該算法所應用到的人體肌肉-肌腱力學模型，并以步態(tài)數(shù)據(jù)作為輸入對所選的人體

3、模型進行了運動學和動力學仿真，得到了若干生理學曲線。
　　2.下肢康復機器人的建模仿真。目前技術比較成熟而且應用比較廣泛的下肢康復機器人要屬Hocoma公司的Lokomat。本文綜合Hocoma公司官方網(wǎng)站提供的Lokomat模型尺寸參數(shù)以及在OpenSim中所選人體模型的對應尺寸參數(shù)，利用三維建模軟件SolidWorks對Lokomat進行再設計、建模，并在多體動力學仿真軟件RecurDyn中進行運動學和動力學仿真，得到了與人體

4、下肢單獨仿真時得出的步態(tài)曲線相一致的曲線，為人體下肢與康復機器人的耦合仿真奠定了基礎。
　　3.人體下肢與康復機器人的耦合仿真。本文首先基于XML格式文件技術對人體下肢與康復機器人組合模型進行構建;然后通過OpenSim與Matlab聯(lián)合仿真的方式，在Matlab中進行代碼的編寫并運行，實現(xiàn)了人體下肢與康復機器人的耦合仿真，并得到了較為理想的效果，從而驗證了下肢康復機器人Lokomat機構設計的合理性與正確性以及通過它進行科學的步