發(fā)布時(shí)間：2020-03-22 23:47

【摘要】：下肢康復(fù)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)控制策略的研究,對(duì)于提高肢體損傷患者的康復(fù)質(zhì)量、減輕家庭負(fù)擔(dān)、構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要的實(shí)際意義和社會(huì)效益。本課題從構(gòu)型設(shè)計(jì)與人機(jī)分析、變工作空間下軌跡規(guī)劃、人機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)力學(xué)方程、人機(jī)協(xié)調(diào)控制策略與多傳感信息融合、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建與臨床試驗(yàn)五個(gè)方面對(duì)坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行研究,主要內(nèi)容包括:基于患者下肢功能障礙病因機(jī)理,應(yīng)用康復(fù)醫(yī)師傳統(tǒng)手法,通過機(jī)械腿嵌入力/位傳感器方法,確定了以患者下肢肌力與肌張力為主要指標(biāo)的康復(fù)機(jī)器人評(píng)價(jià)方法;應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)確定了機(jī)械腿的長度與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍參數(shù);結(jié)合臨床應(yīng)用環(huán)境要求,搭建了適合不同損傷程度患者的坐臥式多關(guān)節(jié)下肢康復(fù)機(jī)器人虛擬樣機(jī),可電動(dòng)調(diào)整機(jī)械腿長度與機(jī)械腿間寬度適應(yīng)不同體型患者;可移動(dòng)座椅模塊化設(shè)計(jì),便于患者入座和離座搬移;機(jī)械與電氣限位、電機(jī)去電抱閘、急停開關(guān)聯(lián)合應(yīng)用,保證患者的絕對(duì)安全。應(yīng)用D-H法求解了機(jī)械腿各關(guān)節(jié)角度與末端位姿運(yùn)動(dòng)學(xué)函數(shù)關(guān)系;基于剛體連桿誤差傳遞矩陣,建立三自由度下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械腿靜態(tài)位姿誤差模型,采用蒙特卡洛統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法,得到類似患者下肢步態(tài)異常的機(jī)械腿連桿機(jī)構(gòu)誤差源的位置判定推理,從而可應(yīng)用機(jī)械腿精確運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)患者步態(tài)糾正。提出了坐臥式康復(fù)機(jī)器人變工作空間的概念,并應(yīng)用圖解法對(duì)該工作空間邊界進(jìn)行求解�；诨颊唠A段應(yīng)用需求不同,提出了臥姿關(guān)節(jié)空間內(nèi)雙四次多項(xiàng)式插值和坐姿笛卡爾空間內(nèi)五次多項(xiàng)式插值的軌跡規(guī)劃方法�；谙薹c滑動(dòng)平均濾波法,采用多項(xiàng)式組合擬合軌跡方式,實(shí)現(xiàn)醫(yī)師示教訓(xùn)練軌跡的柔順與平滑。應(yīng)用拉格朗日能量平衡法,建立了人體下肢/機(jī)械腿四連桿動(dòng)力學(xué)方程,并通過Adams模擬法和Matlab解析法聯(lián)合仿真驗(yàn)證其正確性。分別建立了基于末端六維力傳感器與關(guān)節(jié)扭矩傳感器的人機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)力學(xué)方程;針對(duì)機(jī)械腿質(zhì)量分布不均勻與長度可變難題,將機(jī)械腿動(dòng)力學(xué)方程變換為回歸矩陣與參數(shù)向量乘積形式,采用最小二乘法實(shí)現(xiàn)了任意長度機(jī)械腿慣性參數(shù)求解。對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人控制策略進(jìn)行了研究,提出了基于PID控制的軌跡跟蹤控制、基于末端力位傳感器的被動(dòng)示教訓(xùn)練控制、基于模糊邏輯的被動(dòng)軌跡漸增控制以及基于阻抗控制和模糊控制的主動(dòng)訓(xùn)練控制策略。應(yīng)用平均值、方差等統(tǒng)計(jì)方法,提取患者心率、溫度、皮膚電阻等生理信息特征;基于經(jīng)典DSmT理論的康復(fù)機(jī)器人傳感信息融合技術(shù),實(shí)現(xiàn)患者耦合多舒適度在線診斷。最后搭建了下肢康復(fù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過電源模塊噪聲、地噪聲、信號(hào)線與控制線的噪聲抑制,對(duì)其電氣控制系統(tǒng)電磁兼容穩(wěn)定性進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)康復(fù)機(jī)器人樣機(jī)的基本性能與軌跡跟蹤控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并通過臨床試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)康復(fù)機(jī)器人的有效性與安全性。
【圖文】：

圖 1-1 Nust-T4 康復(fù)訓(xùn)練器Fig.1-1 Nust-T4 rehabilitation device圖 1-2 Fisiotek 康復(fù)訓(xùn)練器Fig.1-2 Fisiotek rehabilitation device圖 1-3 德國 Thera-vitalFig. 1-3 Thera-vital made in Germany圖 1-4 以色列 APT 系列機(jī)器人Fig. 1-4 Israeli APT series rehabilitation robo

圖 1-1 Nust-T4 康復(fù)訓(xùn)練器Fig.1-1 Nust-T4 rehabilitation device圖 1-2 Fisiotek 康復(fù)訓(xùn)練器Fig.1-2 Fisiotek rehabilitation device圖 1-3 德國 Thera-vitalFig. 1-3 Thera-vital made in Germany圖 1-4 以色列 APT 系列機(jī)器人Fig. 1-4 Israeli APT series rehabilitation robo
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2595812