下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人是一種融合了外骨骼仿生技術(shù)和信息控制技術(shù),涉及人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人學(xué)、信息科學(xué)、智能控制、康復(fù)醫(yī)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的智能化機(jī)器人設(shè)備。隨著我國(guó)社會(huì)人口老齡化程度的不斷加劇,喪失行動(dòng)能力的老年人也越來越多。此外由于自然災(zāi)害、交通事故和疾病等造成的下肢殘疾或運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的數(shù)目也十分龐大,因此下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人設(shè)備的研發(fā)成為了熱門研究方向。本文主要針對(duì)下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人的感知系統(tǒng)與人機(jī)交互控制方法進(jìn)行研究,分析人體下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)理,基于傳感數(shù)據(jù)構(gòu)建運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模型,并在工程樣機(jī)平臺(tái)上對(duì)構(gòu)建的感知系統(tǒng)和交互方法進(jìn)行在線驗(yàn)證測(cè)試。本文首先對(duì)外骨骼機(jī)器人的研究背景與國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹,通過對(duì)人體下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析結(jié)合人體解剖學(xué)理論,確定傳感器的類型、數(shù)量與布局。然后設(shè)計(jì)傳感器信息采集模塊電路,通過CAN總線與嵌入式PC主控制器連接起來,構(gòu)成采集人機(jī)物理接觸信息的下肢外骨骼機(jī)器人的分布式感知系統(tǒng)。通過構(gòu)建的感知系統(tǒng)平臺(tái)采集穿戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息,將傳感數(shù)據(jù)保存后結(jié)合人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行相位劃分。結(jié)合人體下肢運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),對(duì)多傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析,構(gòu)建基于有限狀態(tài)機(jī)的模型實(shí)... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｈａｒｄｉｍａｎ外骨豁機(jī)器人系統(tǒng)??Ｆｉｇ?１．１?Ｈａｒｄｉｍａｎ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??

??助力機(jī)器人問世，如圖１．２所示。該款外骨骼機(jī)器人整體采用了擬人化的機(jī)械結(jié)構(gòu)??和液壓驅(qū)動(dòng)方式，使穿戴者與外骨骼機(jī)器人更緊密貼合的同時(shí)行走也更加穩(wěn)定［５］。??下肢外骨骼上安裝了許多傳感器，其中包括力傳感器，角度傳感器，慣性傳感器等，??利用這些傳感器來實(shí)時(shí)獲取人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力和關(guān)節(jié)角度等姿態(tài)信息，并通過??高速同步環(huán)形網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸。傳感信息導(dǎo)入由外骨骼機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建的??控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)意圖的判斷，并計(jì)算出所需要的力量分配，進(jìn)而控制執(zhí)行單??元輸出合適的輔助力量，實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的隨動(dòng)控制，達(dá)到助力和增強(qiáng)體能??的效果［６］。由于該機(jī)器人的控制系統(tǒng)嚴(yán)重依賴于精準(zhǔn)的動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建，而動(dòng)力??學(xué)模型的構(gòu)建需要進(jìn)行大量的負(fù)重穿戴動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，使得構(gòu)建控制系統(tǒng)的復(fù)雜度??大幅提升

人體的運(yùn)動(dòng)意圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制［９］。??ａ）?ＨＡＬ－１?ｂ）?ＨＡＬ－３?ｃ）?ＨＡＬ－５（Ｔｙｐｅ－Ｂ）?ｄ）?ＨＡＬ－５（Ｔｙｐｅ－Ｃ）?ｅ）?ＨＡＬ－５ＬＢ（Ｔｙｐｅ－Ｃ）??圖１．３筑波大學(xué)ＨＡＬ系列??Ｆｉｇ?１．３?Ｔｈｅ?ＨＡＬ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ?ｓｅｒｉｅｓ?ｂｙ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｓｕｋｕｂａ??以色列制造商ＲｅＷａｌｋ機(jī)械（ＲｅＷａｌｋＲｏｂｏｔｉｃ）設(shè)計(jì)制造的Ｒｅｗａｌｋ旨在用于??脊髓損傷、多發(fā)性硬化癥導(dǎo)致的腿部完全或不完全癱瘓，但上半身和手臂能夠正??常使用的患者。該機(jī)器人可利用陀螺儀與壓力傳感器測(cè)量人體重心的變化來控制??運(yùn)動(dòng)，借助高效的傳感器模塊和電機(jī)控制模塊來實(shí)現(xiàn)接近人體自然步態(tài)的行走運(yùn)??動(dòng)，并通過使用者佩戴于手部的無線腕表來實(shí)現(xiàn)站立、行走以及上下樓梯等運(yùn)動(dòng)??模式的切換，該產(chǎn)品已通過了美國(guó)食品與藥品管理局的認(rèn)證，如圖１．４所示。??豐扁??ＩＩ?＂＂??圖１．４?Ｒｅｗａｌｋ外骨骼機(jī)器人??Ｆｉｇ?１．４?Ｒｅ?ｗａｌｋ?ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ??４??


本文編號(hào)：3304873