下肢康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

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

2、實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人步態(tài)的控制，使下肢康復(fù)機(jī)器人模擬出正常人的步態(tài)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文的主要工作如下:
　　(1)主要對(duì)硬件控制策略進(jìn)行研究。首先介紹了下肢康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求和總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析和研究了幾種通信方式，以CAN總線作為下肢康復(fù)機(jī)器人節(jié)點(diǎn)間的通信方式。同時(shí)提出了系統(tǒng)的三種控制結(jié)構(gòu)，對(duì)三種控制結(jié)構(gòu)的分析研究。
　　(2)主要是對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人硬件系統(tǒng)進(jìn)行了研究。研究了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，對(duì)直流伺服電機(jī)三閉環(huán)控制性能進(jìn)

3、行分析，研究了直流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制方式。通過(guò)對(duì)CANopen協(xié)議的研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了硬件電路系統(tǒng)。
　　(3)主要對(duì)軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析與設(shè)計(jì)，搭建了多軸協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)程序。首先研究了軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)曲線的重建方案，通過(guò)對(duì)步態(tài)規(guī)劃研究建立了人體標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。其次在LabVIEW編程環(huán)境中搭建了多軸協(xié)調(diào)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(duì)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。通過(guò)多軸協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)得到了各關(guān)節(jié)電機(jī)實(shí)際位置和速度曲線。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)電機(jī)實(shí)際輸出曲線抖動(dòng)情況提出了三種PVT數(shù)據(jù)修正方案，通過(guò)對(duì)方案實(shí)際效果的比較，選擇了第三種平滑曲線的方案。通過(guò)對(duì)使用人群的考慮，研究了調(diào)整步頻和步速的方案。
　　最后經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量人體步態(tài)曲線驗(yàn)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(shí)在研究中獲取了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究經(jīng)驗(yàn)，為康復(fù)機(jī)