基于意圖識別的康復(fù)機(jī)械臂的控制策略研究.pdf

1、隨著社會(huì)老齡化的加劇,加之腦血管疾病(中風(fēng))在老年人群中的高發(fā)病率,越來越多的老年人由于受到疾病的困擾而無法享受健康的美好生活。腦血管疾病(中風(fēng))一個(gè)潛在的嚴(yán)重危害是造成患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的受損或偏癱,這給患者的日常生活帶來嚴(yán)重影響。同時(shí),還有大量的老年人因?yàn)槭直奂∪饬α康牟蛔愕仍蛲瑯语柺茈y以實(shí)現(xiàn)日常生活自理的痛苦?？祻?fù)醫(yī)學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),針對此類患者早期介入康復(fù)訓(xùn)練并積極的發(fā)揮患者的運(yùn)動(dòng)意圖在康復(fù)訓(xùn)練中作用,可有效的提高其運(yùn)動(dòng)功能,減少神

2、經(jīng)功能缺損和合并癥的發(fā)生,并逐漸恢復(fù)健康。本文旨在提出一種以手臂運(yùn)動(dòng)意圖為指導(dǎo)的外骨骼康復(fù)機(jī)械臂的協(xié)同控制策略,充分發(fā)揮人的認(rèn)知能力和機(jī)器人的智能協(xié)同輔助能力,幫助患者提高康復(fù)訓(xùn)練的效果。
　　本文首先根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一款3-DOF的外骨骼康復(fù)機(jī)械臂并對其做了詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,同時(shí)提出了一種全新的人機(jī)接口裝置的設(shè)計(jì)方法。人機(jī)接口裝置利用貼片式 FSR傳感器采集手臂與外骨骼之間作用力信號來推斷手臂的運(yùn)動(dòng)意圖,雙殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)既保證

3、了患者穿戴的舒適性和安全性,同時(shí)也保證了壓力信號測量的準(zhǔn)確性。此外,本文介紹了外骨骼康復(fù)機(jī)械臂的軟、硬件控制系統(tǒng)的搭建與設(shè)計(jì)方案。硬件部分的設(shè)計(jì)中搭建了機(jī)械臂的控制與驅(qū)動(dòng)平臺(tái),設(shè)計(jì)了基于 FSR傳感器精確測量壓力信號的方法。軟件部分的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)理念,本文對軟件系統(tǒng)的主控系統(tǒng)、通信模塊等各個(gè)模塊的工作流程做了介紹。
　　在此基礎(chǔ)上,本文提出了一種手臂運(yùn)動(dòng)意圖的量化表示方法(IRD),并據(jù)此建立了IRD的變維數(shù)的狀態(tài)模型和觀