本文關(guān)鍵詞： 康復(fù) 外骨骼 機器人 模糊 變負載 控制 步態(tài) 四足 拄拐　出處：《中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著我們步入21世紀,人口老齡化比例大幅增加,由于偏癱、中風導(dǎo)致的下肢不便老人不斷增多,由于脊柱神經(jīng)受損而導(dǎo)致下肢無力、偏癱、癱瘓的人群也在不斷增加。自20世紀以來,以美國為首的國家開始不斷及進行助力外骨骼以及康復(fù)外骨骼機器人的研究,伴隨著機器人技術(shù)的不斷進步,各個國家在下肢康復(fù)外骨骼的研究有了不斷的突破。我們國家也逐漸認識到機器人對科技實力提升的重要性,逐步開始大力推廣和發(fā)展機器人事業(yè),近年來不斷有新的機器人出現(xiàn)�？祻�(fù)用下肢外骨骼機器人能夠幫助患者進行腿部康復(fù)訓(xùn)練,訓(xùn)練在可重復(fù)性方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法,可以大幅縮短患者的康復(fù)訓(xùn)練時間,并減少陪同康復(fù)醫(yī)師的數(shù)量,大幅降低人力成本。對社會和我國康復(fù)醫(yī)療,以及機器人發(fā)展起著積極的貢獻作用,給老年人、下肢不便患者行走提供有效幫助,提高社會弱勢群體的生活自主能力,改善他們生活質(zhì)量。本論文著重研究康復(fù)外骨骼仿人步態(tài),是由于該步態(tài)不同于自然人的步態(tài),也稱這種步態(tài)為非常態(tài)步態(tài)。首先從步態(tài)安全性方面進行研究,通過傳感器對外骨骼運行狀態(tài)進行判斷,并對步行中發(fā)生的意外進行實時判斷,防止對穿戴者造成二次損傷。本文所用外骨骼機器人步態(tài)使用預(yù)設(shè)步態(tài)軌跡,需要伺服驅(qū)動系統(tǒng)能夠跟隨控制計算機內(nèi)預(yù)設(shè)步態(tài)進行軌跡。為了改善驅(qū)動系統(tǒng)對變負載情況下的動態(tài)響應(yīng)特性,驅(qū)動關(guān)節(jié)使用了關(guān)節(jié)負載自適應(yīng)控制。在變負載情況下,這種控制方式比傳統(tǒng)PID控制方式有著更好的動態(tài)響應(yīng)特性,可以有效提高伺服系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)的使用壽命,并提高伺服系統(tǒng)對預(yù)設(shè)步態(tài)軌跡的跟隨能力。通過對正常人步態(tài)特點的分析和研究,本文結(jié)合外骨骼四足拄拐步態(tài)的特點,對四足步態(tài)進行采集。通過大量實驗最可以終得到較為理想的步態(tài)軌跡,目前讓兩位截癱患者自主行走。本作者在實驗期間進行了大量的非常態(tài)步態(tài)實驗,發(fā)現(xiàn)穿戴者使用拐杖的方式直接影響步態(tài)的穩(wěn)定性,特別是剛開始學(xué)習四足步態(tài)的時候,隨后提出了四足拄拐長步態(tài)。通過讓多位實驗者進行步態(tài)實驗,驗證了在拐杖支撐不合理的情況下,動態(tài)步長步態(tài)比傳統(tǒng)固定步長步態(tài)有著更高的穩(wěn)定性,并且重心擺動較小,更為省力。
[Abstract]:As we step into 21th century, the proportion of population aging increases dramatically, and because of hemiplegia, stroke causes an increasing number of inconveniences in the lower extremities, and because of spinal nerve damage, it leads to lower extremity weakness, hemiplegia. The number of paralyzed people is also growing. Since 20th century, countries led by the United States have continued and carried out research on assisted exoskeletons and rehabilitated exoskeletons, along with advances in robotics technology. Research on exoskeleton rehabilitation in the lower limbs has made continuous breakthroughs in various countries. Our country has gradually realized the importance of robots to the enhancement of scientific and technological strength, and has gradually begun to vigorously promote and develop the robot cause. In recent years, new robots have been emerging. Exoskeleton robots can help patients with leg rehabilitation training, which is more reproducible than traditional methods, and can greatly shorten the duration of rehabilitation training for patients. It also reduces the number of rehabilitative doctors accompanying them, greatly reduces the cost of human resources, plays a positive role in the rehabilitation of society and our country, and the development of robots, and provides effective assistance to the elderly and patients with lower extremity inconveniences in walking. This paper focuses on the rehabilitation exoskeleton humanoid gait because the gait is different from that of natural person. This gait is also called abnormal gait. First of all, the safety of gait is studied, the exoskeleton running state is judged by sensors, and the accidents occurring in walking are judged in real time. The exoskeleton robot used in this paper uses the default gait track. In order to improve the dynamic response of the drive system to the variable load condition, the joint load adaptive control is used in the drive joint. In the case of variable load, the servo drive system is able to follow the default gait in the control computer. This control method has better dynamic response characteristics than the traditional PID control mode. It can effectively improve the service life of servo system and mechanical structure. By analyzing and studying the gait characteristics of normal people, this paper combines the characteristics of exoskeleton four-legged walking gait, and improves the ability of servo system to follow the preset gait. Through a large number of experiments, the ideal gait trajectory can be obtained, and two paraplegic patients are allowed to walk autonomously. During the experiment, the author has carried out a large number of abnormal gait experiments. It was found that the way the wearer used crutches directly affected the stability of gait, especially at the beginning of learning quadruped gait. It is verified that the dynamic gait has higher stability than the traditional fixed gait and the center of gravity swing is smaller and more labor-saving under the condition of unreasonable support of crutches.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 余聯(lián)慶;吳昌林;馬世平;;基于時序分析的四足機器人對稱步態(tài)變換[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年09期

2 余聯(lián)慶;吳昌林;馬世平;陶衛(wèi)軍;;四足機器人對稱步態(tài)變換研究與實現(xiàn)[J];中國機械工程;2007年23期

3 呂原君;陳瓊;;基于虛擬仿真的四足機器人步態(tài)分析[J];河北科技師范學(xué)院學(xué)報;2008年01期

4 劉蓉;黃璐;李少偉;劉毅;;基于步態(tài)加速度的步態(tài)分析研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2009年06期

5 瞿曉娜;張騰宇;王喜太;王人成;;行走速度對步態(tài)參數(shù)影響的實驗研究[J];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;2012年03期

6 王殿君;曹宇;徐小龍;;仿蝎機器人步態(tài)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];機械設(shè)計與制造;2014年04期

7 陶澤勇;沈林勇;錢晉武;;下肢步態(tài)矯形器軌跡控制設(shè)計[J];機電工程;2009年05期

8 王立權(quán);劉德峰;陳東良;鄧輝峰;季寶鋒;王剛;;兩棲多足機器人水下步態(tài)分析[J];機器人;2008年04期

9 王嵐;張今瑜;王勁松;;人體步態(tài)相位檢測實驗研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年05期

10 王文斌;陳萬米;朱明;陳通鑾;;參數(shù)化全向步態(tài)的設(shè)計[J];工業(yè)控制計算機;2014年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張麗艷;高艷鳳;王振玲;;偏癱病人的步態(tài)分析[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會第三次康復(fù)治療學(xué)術(shù)大會論文匯編[C];2002年

2 王連成;許世波;;步態(tài)分析測試在老年人跌到風險評估中的應(yīng)用[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會運動療法分會第十一屆全國康復(fù)學(xué)術(shù)大會學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2011年

3 岳雨珊;俞君;朱毅;;三維步態(tài)分析的研究進展及其局限性[A];首屆全國腦外傷治療與康復(fù)學(xué)術(shù)大會論文匯編（下）[C];2011年

4 朱波;王志彬;;步態(tài)分析方法在臨床治療與康復(fù)中的應(yīng)用[A];第11屆全國中西醫(yī)結(jié)合骨傷科學(xué)術(shù)研討會論文匯編[C];2003年

5 曾仁迪;陳德請;李世文;;紅外光技術(shù)于步態(tài)分析上的應(yīng)用[A];2005年海峽兩岸三地無線科技學(xué)術(shù)會論文集[C];2005年

6 程梟;;常見中樞性運動控制障礙異常步態(tài)的分析與訓(xùn)練[A];2013浙江省物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)學(xué)術(shù)年會暨第八屆浙江省康復(fù)醫(yī)學(xué)發(fā)展論壇論文集[C];2013年

7 黃燕平;范昕;;談步態(tài)分析[A];第12屆全國運動生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會論文匯編[C];2008年

8 侯來永;謝欲曉;孫啟良;;偏癱患者異常步態(tài)的矯正訓(xùn)練[A];第四屆全國康復(fù)治療學(xué)術(shù)大會論文摘要匯編[C];2004年

9 趙國如;任露泉;田麗梅;;人體步態(tài)信息測量方法及其工程應(yīng)用前景探討[A];農(nóng)業(yè)機械化與新農(nóng)村建設(shè)——中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2006年

10 李巖;顧旭東;姚云海;吳華;李輝;王偉;;骨盆強化訓(xùn)練對偏癱患者步態(tài)的影響[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會腦血管病專業(yè)委員會換屆暨第十五次全國腦血管病康復(fù)學(xué)術(shù)年會、湖南省康復(fù)醫(yī)學(xué)會神經(jīng)康復(fù)專業(yè)委員會2012學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 楊力勇 吳玉璽;神經(jīng)疾病步態(tài)分析技術(shù)獲突破[N];健康報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 朱世兵;基于遷移行為、食性分析的貂熊冬季生境利用和評價[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

2 韓云峰;楔形平面及鞋墊對直立及步態(tài)中下肢生物力學(xué)的影響[D];北京體育大學(xué);2016年

3 蘇海龍;步態(tài)失穩(wěn)行為機理及其綜合評價性態(tài)指標研究[D];天津大學(xué);2013年

4 趙凌燕;人體步態(tài)模型實驗研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

5 余聯(lián)慶;仿馬四足機器人機構(gòu)分析與步態(tài)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

6 馬勤勇;基于步態(tài)的身份識別研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 鄒曉峰;士兵在負重行軍時步態(tài)的生物力學(xué)特征[D];北京體育大學(xué);2010年

8 姚志明;基于步態(tài)觸覺信息的身份識別研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 李軼;基于步態(tài)與人臉融合的遠距離身份識別關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2011年

10 徐俊紅;基于步態(tài)的身份識別技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙爽宇;四足仿生機器人步態(tài)控制與切換策略分析[D];電子科技大學(xué);2014年

2 季冉;基于慣性傳感器的步態(tài)測量方法研究與實現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2015年

3 宋佃成;異構(gòu)雙腿行走機器人步態(tài)對稱性與步態(tài)模式研究[D];東北大學(xué);2013年

4 韓洋;基于三維步態(tài)系統(tǒng)分析中醫(yī)療法對痙攣型腦癱患兒康復(fù)療效的臨床研究[D];遼寧中醫(yī)藥大學(xué);2015年

5 許洲;定量步態(tài)分析儀的設(shè)計與實現(xiàn)[D];重慶大學(xué);2015年

6 劉亞平;7～12歲兒童步態(tài)動作發(fā)展特征研究[D];河北師范大學(xué);2016年

7 李慧敏;基于機器視覺的步態(tài)模式識別與步態(tài)對稱性研究[D];東北大學(xué);2014年

8 顧琳燕;基于步態(tài)分析的運動康復(fù)評價方法研究[D];浙江大學(xué);2016年

9 余俊飛;基于人體腳部靜電的膝關(guān)節(jié)受限步態(tài)分析與分類識別[D];北京理工大學(xué);2016年

10 茍歡;下肢外骨骼機器人步態(tài)檢測系統(tǒng)研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2016年

，

本文編號：1519814