手部功能康復機器人電氣控制系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、腦卒中患病率高，是導致手功能受損的一個主要原因，腦卒中后手部肢體偏癱的治療和康復已經(jīng)成為現(xiàn)代康復醫(yī)學和康復工程的研究熱點。目前國內(nèi)外對于因腦卒中引起的手部偏癱運動功能損失的改善和康復治療，主要采用的方法是通過修復或重塑受損神經(jīng)，加強肌肉肌腱的強度鍛煉，完成運動學習來復原或改善患手的運動功能。在各種手部功能康復手段和方法中，機器人輔助康復療法被廣泛采用。手部功能康復機器人作為機器人輔助康復設備的一種，其主要任務是輔助手部關節(jié)及手指完成彎曲

2、伸展康復訓練。本文針對腦卒中后手部運動功能的康復，對手部功能康復機器人電氣控制系統(tǒng)進行了設計和研究。
　　作者首先分析了手部功能康復機器人國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了在電氣控制系統(tǒng)方面存在的不足和缺陷。接著總體概述了手部功能康復機器人機械和電氣控制系統(tǒng)的組成，在分析了人手生物運動特性和康復醫(yī)療訓練策略的基礎上，設計了手部功能康復機器人基于患者表現(xiàn)逐步輔助的訓練控制策略。
　　本文隨后詳細闡述了康復機器人電氣系統(tǒng)的硬件組成及設計

3、實現(xiàn)過程，完成了基于NiosII軟核的處理系統(tǒng)、基于PWM控制原理的多路直流電機驅(qū)動器、傳感器數(shù)據(jù)采集、人機交互及電源管理五個子系統(tǒng)的設計，整個電氣硬件系統(tǒng)具有集成度高、微型化的特點，滿足了康復機機器人便攜性的要求。
　　其次，詳細闡述了康復機器人基于擾動觀測器的PID魯棒控制方法的設計過程，介紹了康復機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后分別建立了驅(qū)動電機和機械負載的數(shù)學模型，接著在討論康復機器人典型PID控制方法的基礎上，提出了手部功能康復

4、機器人基于擾動觀測器的PID魯棒控制方法，設計了擾動觀測器和低通濾波器，該控制方法能有效地抑制康復機器人運行時來自手部的干擾，從而提高控制系統(tǒng)的魯棒性，并利用MATLAB軟件對系統(tǒng)進行仿真分析，通過仿真實驗驗證了控制器和控制算法的有效性。
　　本文最后對設計完成的手部功能康復機器人電氣控制系統(tǒng)進行性能測試，通過實驗驗證了各功能模塊的可行性和可靠性。實驗中獲取的電氣性能參數(shù)和控制性能參數(shù)是手部功能康復機器人性能指標評估和進一步優(yōu)化改