下肢康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到人們生產(chǎn)生活的方方面面?？祻?fù)機(jī)器人作為機(jī)器人的一個(gè)重要分支,近年來(lái)也得到了很多的關(guān)注。本文的研究對(duì)象是康復(fù)機(jī)器人的感知系統(tǒng)。我們可以大膽的預(yù)言,在不久的將來(lái),康復(fù)機(jī)器人會(huì)取代常規(guī)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)手段,成為偏癱患者、腦卒中患者等運(yùn)動(dòng)功能障礙病人的福音。
　　本文從運(yùn)動(dòng)康復(fù)理論、感知系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面入手,實(shí)現(xiàn)了包含觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、編碼器、陀螺儀、加速度計(jì)、電子羅盤(pán)、壓力傳感器、肌電傳感

2、器的感知系統(tǒng),能為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的反饋參考。本文的主要工作如下:
　　(1)對(duì)偏癱的機(jī)理和康復(fù)訓(xùn)練方法做了詳細(xì)的研究。因?yàn)橹挥懈闱宄似c的癥狀和康復(fù)訓(xùn)練的手段才能正確的設(shè)計(jì)康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu),選擇合適的傳感器,實(shí)施正確的康復(fù)運(yùn)動(dòng),從而達(dá)到更好的康復(fù)目的。
　　(2)根據(jù)第一部分的研究結(jié)果提出下肢康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求,詳細(xì)介紹了下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　(3)感知系統(tǒng)的硬件和軟件

3、的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。硬件部分包括壓力傳感器、姿態(tài)傳感器、主控板的電路設(shè)計(jì),傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都被設(shè)置成CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。軟件部分包括實(shí)現(xiàn)壓力傳感器信號(hào)濾波處理;完成陀螺儀、加速度計(jì)和電子羅盤(pán)的輸出數(shù)據(jù)的信息融合,得到了康復(fù)機(jī)器人的姿態(tài)信息;傳感器節(jié)點(diǎn)與控制板的CAN總線(xiàn)通信,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主控板的CANopen通信。
　　(4)進(jìn)行了基于肌電信號(hào)的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的研究。通過(guò)肌電傳感器采集的肌電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波等處理后,可以預(yù)先判斷出康復(fù)病人的

4、行走意圖,作為主動(dòng)訓(xùn)練的控制參照,分析了人體在站立不動(dòng)和正常行走狀態(tài)下具體肌群的肌力。提出了一種下肢康復(fù)機(jī)器人主動(dòng)訓(xùn)練方法。
　　本文的創(chuàng)新之處在于將不同的傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都設(shè)計(jì)和設(shè)置為 CAN節(jié)點(diǎn),這樣大大提高了開(kāi)發(fā)人員在后續(xù)工作中的靈活性和便利性。其中,靈活性主要體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際需求增加或者減少傳感器的種類(lèi)和個(gè)數(shù),而不會(huì)對(duì)整個(gè)感知系統(tǒng)的完整性產(chǎn)生影響。便利性主要體現(xiàn)在統(tǒng)一了感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的通信方式,都使用CAN