下肢康復機器人控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、醫(yī)學理論和臨床醫(yī)學表明，下肢癱瘓患者除了早期的手術治療和必要的藥物治療外，科學、合理的康復訓練對患者有著非常重要的作用。目前的康復訓練大都是理療師對患者直接進行訓練，這種訓練模式存在無法保證充足的訓練時間和足夠的訓練強度，訓練不能精確控制和記錄訓練參數(shù)等問題。另外現(xiàn)有的下肢康復醫(yī)療設備性能較差，因此研制一種下肢康復機器人變得非常迫切。
　　本文主要以下肢康復機器人為研究對象，以下肢康復機器人步態(tài)控制為核心，研究了多軸協(xié)調控制技術，

2、實現(xiàn)了對機器人步態(tài)的控制，使下肢康復機器人模擬出正常人的步態(tài)，達到了設計目標。本文的主要工作如下:
　　(1)主要對硬件控制策略進行研究。首先介紹了下肢康復機器人的設計要求和總體機構設計，分析和研究了幾種通信方式，以CAN總線作為下肢康復機器人節(jié)點間的通信方式。同時提出了系統(tǒng)的三種控制結構，對三種控制結構的分析研究。
　　(2)主要是對下肢康復機器人硬件系統(tǒng)進行了研究。研究了硬件系統(tǒng)的設計原則，對直流伺服電機三閉環(huán)控制性能進

3、行分析，研究了直流伺服驅動電機的控制方式。通過對CANopen協(xié)議的研究，設計并實現(xiàn)了硬件電路系統(tǒng)。
　　(3)主要對軟件控制系統(tǒng)進行深入的分析與設計，搭建了多軸協(xié)調控制系統(tǒng)程序。首先研究了軟件控制系統(tǒng)的設計原則及標準步態(tài)曲線的重建方案，通過對步態(tài)規(guī)劃研究建立了人體標準步態(tài)數(shù)據(jù)庫。其次在LabVIEW編程環(huán)境中搭建了多軸協(xié)調控制系統(tǒng)，分析了程序中重要模塊的作用及控制系統(tǒng)的操作流程。最后研究了患者步態(tài)數(shù)據(jù)采集方案及保障患者安全的控制

4、策略。
　　(4)主要對控制系統(tǒng)實驗進行研究。通過多軸協(xié)調控制系統(tǒng)實驗得到了各關節(jié)電機實際位置和速度曲線。針對實驗中出現(xiàn)電機實際輸出曲線抖動情況提出了三種PVT數(shù)據(jù)修正方案，通過對方案實際效果的比較，選擇了第三種平滑曲線的方案。通過對使用人群的考慮，研究了調整步頻和步速的方案。
　　最后經(jīng)過仿真實驗和實際測量人體步態(tài)曲線驗證了所選數(shù)據(jù)的正確性及控制系統(tǒng)性能的可靠性、穩(wěn)定性。同時在研究中獲取了關鍵的實驗數(shù)據(jù)和研究經(jīng)驗，為康復機