病人自導(dǎo)康復(fù)機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、伴隨著中國老齡化程度不斷加劇，中風(fēng)康復(fù)醫(yī)療需求猛增，但是國內(nèi)的康復(fù)機(jī)構(gòu)和康復(fù)人才都十分短缺。針對這種情況，運(yùn)用機(jī)器人輔助治療可以代替部分康復(fù)醫(yī)療人員的工作。輔助性康復(fù)機(jī)器人讓患者可以通過大量重復(fù)性運(yùn)動訓(xùn)練來補(bǔ)償和復(fù)健弱化的機(jī)體功能，近年來已經(jīng)成為醫(yī)療工程的研究熱點(diǎn)?？祻?fù)機(jī)器人的研究涉及許多學(xué)科領(lǐng)域，與工業(yè)機(jī)器人相比更注重控制性能、智能化操作的研究，把機(jī)器人技術(shù)和康復(fù)醫(yī)療技術(shù)很好的結(jié)合在一起。
　　大多數(shù)中風(fēng)病人是暫時或者永久的失去

2、肢體一半的機(jī)體功能，而另一半肢體仍然是健康的。本文為這一類中風(fēng)患者設(shè)計了一種新的康復(fù)機(jī)械臂系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用病人自身健康手臂產(chǎn)生的運(yùn)動軌跡來驅(qū)動癱瘓手臂進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動。結(jié)合病人的自導(dǎo)控制，康復(fù)系統(tǒng)可以更好適應(yīng)病人的治療強(qiáng)度?？祻?fù)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)為本文的主要闡述內(nèi)容。
　　此種病人自導(dǎo)康復(fù)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)包括采集病人健康手臂運(yùn)動信息的導(dǎo)臂系統(tǒng)和驅(qū)動癱瘓手臂運(yùn)動的機(jī)械臂系統(tǒng)兩個部分。本文根據(jù)這兩個部分不同的設(shè)計方案，詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)整體

3、的硬件設(shè)計和軟件實(shí)現(xiàn)。主要包括兩款控制器LM4F232和STM32的應(yīng)用，以及他們通信協(xié)議的建立;另外還有外部功能模塊，如電機(jī)驅(qū)動模塊、編碼器模塊、屏幕顯示模塊等的實(shí)現(xiàn)。
　　本文還研究了手臂的動力學(xué)模型以及可以對其運(yùn)用的控制策略。手臂模型存在強(qiáng)耦合、非線性、多輸入多輸出等特性，模型預(yù)測控制是建立在預(yù)測模型和滾動優(yōu)化基礎(chǔ)上的一種計算機(jī)優(yōu)化控制算法，它能夠適應(yīng)手臂模型的這些特點(diǎn)。本文通過MATLAB/Simulink建立手臂動力學(xué)模