康復(fù)下肢外骨骼協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，人口老齡化、交通事故及競技體育造成人體下肢運(yùn)動功能障礙患者的數(shù)量逐漸增加。探索新的康復(fù)治療手段，是保證患者生存質(zhì)量、減輕醫(yī)療資源緊張的當(dāng)務(wù)之急。外骨骼機(jī)器人是一種穿戴在人體外部，為人體提供支撐、保護(hù)作用的機(jī)械裝置。本課題針對下肢運(yùn)動障礙病情的不同階段，分別開發(fā)設(shè)計了下肢外骨骼康復(fù)、助力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了外骨骼幫助人體進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，助力行走的目的。
　　本文首先對人體下肢運(yùn)動機(jī)理展開研究，對人體下肢運(yùn)動障礙康復(fù)策略進(jìn)行分析

2、，并通過設(shè)計測量下肢外骨骼機(jī)器人，采集人體穿戴外骨骼完成下肢典型運(yùn)動時的關(guān)節(jié)軌跡。
　　隨后搭建了系統(tǒng)軟硬件平臺，其中包含外骨骼關(guān)節(jié)電機(jī)、驅(qū)動器選型、控制板硬件設(shè)計和傳感器硬件設(shè)計，下肢外骨骼控制算法軟件通過C語言實現(xiàn)。
　　在上述基礎(chǔ)上，展開對康復(fù)下肢外骨骼控制系統(tǒng)的研究。首先通過PID控制算法對測量得出的關(guān)節(jié)離線軌跡進(jìn)行跟蹤。其次，提出基于人體對步態(tài)的排斥程度的關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃方法，完成了人體下肢同外骨骼機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制，實

3、現(xiàn)了康復(fù)下肢外骨骼協(xié)助下肢運(yùn)動障礙患者重新站立，平穩(wěn)、舒適地連續(xù)行走。最后設(shè)計關(guān)節(jié)位置控制模糊PID控制算法，改善了控制系統(tǒng)的帶寬。
　　最后，展開對助力下肢外骨骼控制系統(tǒng)的研究，通過對下肢外骨骼數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，提出了基于模型的助力控制策略，詳細(xì)分析了外骨骼關(guān)節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)部阻抗，并通過采集步態(tài)周期中的人機(jī)接觸力，進(jìn)一步實現(xiàn)了助力外骨骼關(guān)節(jié)輸出力矩的精確控制。助力下肢外骨骼在人體步行時提供助力，降低人體的能量消耗和減輕人體疲勞感。并且