本文關鍵詞：下肢康復機器人控制系統(tǒng)及控制策略研究

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【摘要】：隨著自然災害的頻發(fā)和老齡化程度的加劇,我國存在大量的下肢運動功能障礙病人,對于康復機器人有著迫切的需求。在這樣的背景下,針對本課題組設計的下肢康復機器人,本文進行了控制系統(tǒng)、變工作空間軌跡規(guī)劃、控制策略以及實驗四個方面的研究。首先,為了提高下肢康復機器人的安全性,設計了電氣、軟件兩重安全限位。從康復機器人實際需求出發(fā),搭建了功能全面的硬件系統(tǒng)。設計了集多種模式康復訓練、病人信息管理、用戶信息管理等功能于一體的軟件系統(tǒng)。經過對下肢康復機器人的整改,使其通過了電磁兼容測試。其次,以病人大小腿腿長、關節(jié)活動范圍為變量,對變工作空間進行了求解,設計了圓周、直線兩種系統(tǒng)軌跡。為滿足個別病人對訓練軌跡的特殊要求,設計了圖形示教模式,可以繪制圓周、直線、任意曲線軌跡。為了平穩(wěn)地實現(xiàn)訓練軌跡,對位移、速度、加速度進行了多項式插值。再次,設計了被動訓練、助力訓練、主動訓練三種訓練方法。將阻抗控制策略應用于被動訓練中,當病人作用力突變時,能夠提高下肢康復機器人的柔順性,對病人進行保護。在助力訓練中,以阻抗模型為基礎,設計了輔助力,達到了針對不同病人給予不同輔助力的目的。主動訓練時,下肢康復機器人利用沙土模型模擬沙土環(huán)境,使病人能夠感受不同硬度的沙土環(huán)境。并對三種訓練方法分別進行了仿真,分析了對應控制策略中參數(shù)的影響。最后,進行了下肢康復機器人實驗研究。基礎實驗部分進行了扭矩傳感器濾波、重力參數(shù)計算、腿長計算實驗�？刂撇呗詫嶒灢糠诌M行了被動訓練、助力訓練、主動訓練實驗,對相應控制策略進行了驗證。
【關鍵詞】：控制系統(tǒng) 變工作空間 軌跡規(guī)劃 控制策略
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的背景及意義10
• 1.2 下肢康復機器人發(fā)展概述10-13
• 1.2.1 國外下肢康復機器人發(fā)展概述10-13
• 1.2.2 國內下肢康復機器人發(fā)展概述13
• 1.3 機器人力控制策略發(fā)展概述13-15
• 1.4 下肢康復機器人發(fā)展趨勢概述15
• 1.5 本文主要研究內容15-17
• 第2章 下肢康復機器人控制系統(tǒng)設計17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 下肢康復機器人機械結構17-18
• 2.3 下肢康復機器人控制系統(tǒng)安全性要求18-22
• 2.4 下肢康復機器人硬件系統(tǒng)22-26
• 2.5 下肢康復機器人軟件系統(tǒng)26-32
• 2.6 下肢康復機器人電磁兼容32-36
• 2.7 本章小結36-37
• 第3章 下肢康復機器人變工作空間軌跡規(guī)劃37-59
• 3.1 引言37
• 3.2 運動學分析37-38
• 3.3 變工作空間求解38-42
• 3.4 訓練軌跡設計42-48
• 3.4.1 系統(tǒng)軌跡模式42-46
• 3.4.2 圖形示教軌跡模式46-48
• 3.5 訓練速度與加速度設計48-58
• 3.5.1 直線軌跡速度與加速度設計48-52
• 3.5.2 圓周軌跡速度與加速度設計52-55
• 3.5.3 任意軌跡速度與加速度設計55-58
• 3.6 本章小結58-59
• 第4章 下肢康復機器人控制策略研究59-76
• 4.1 引言59
• 4.2 下肢康復機器人仿真模型59-64
• 4.3 下肢康復被動訓練控制策略64-69
• 4.3.1 阻抗控制策略64-66
• 4.3.2 阻抗參數(shù)影響分析66-67
• 4.3.3 被動訓練阻抗控制策略仿真67-69
• 4.4 下肢康復機器人助力訓練控制策略69-72
• 4.4.1 軌跡訓練輔助力設計69-70
• 4.4.2 助力訓練控制策略實現(xiàn)方法70-71
• 4.4.3 助力訓練控制策略仿真71-72
• 4.5 下肢康復機器人主動訓練控制策略72-75
• 4.5.1 沙土模型72-73
• 4.5.2 主動訓練沙土模型控制策略73-74
• 4.5.3 主動訓練沙土模型控制策略仿真74-75
• 4.6 本章小結75-76
• 第5章 下肢康復機器人實驗研究76-92
• 5.1 引言76
• 5.2 控制系統(tǒng)基礎實驗76-83
• 5.2.1 扭矩傳感器濾波實驗76-77
• 5.2.2 腿長計算實驗77-78
• 5.2.3 座椅調節(jié)實驗78
• 5.2.4 病人作用力近似計算78-83
• 5.3 軌跡跟蹤實驗83-87
• 5.4 被動訓練控制策略實驗87-89
• 5.5 助力訓練控制策略實驗89-90
• 5.6 主動訓練控制策略實驗90-91
• 5.7 本章小結91-92
• 結論92-94
• 參考文獻94-99
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研項目與主要成果99-100
• 致謝100

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王耀兵,季林紅,黃靖遠;一種神經康復機器人的研制[J];機械科學與技術;2005年02期

2 李慶玲;孫立寧;杜志江;;上肢康復機器人發(fā)展現(xiàn)狀的分析與研究[J];機械設計;2008年09期

3 ;下肢康復機器人[J];中國醫(yī)療器械雜志;2012年06期

4 楊啟志;曹電鋒;趙金海;;上肢康復機器人研究現(xiàn)狀的分析[J];機器人;2013年05期

5 高從軍;歐洲康復機器人發(fā)展現(xiàn)況及前景[J];機器人技術與應用;1999年05期

6 程明,任宇鵬,高小榕,王廣志,季林紅,高上凱;腦電信號控制康復機器人的關鍵技術[J];機器人技術與應用;2003年04期

7 杜志江,孫傳杰,陳艷寧;康復機器人研究現(xiàn)狀[J];中國康復醫(yī)學雜志;2003年05期

8 徐國政;宋愛國;李會軍;;康復機器人系統(tǒng)結構及控制技術[J];中國組織工程研究與臨床康復;2009年04期

9 邢科新;黃劍;徐琦;何際平;姜軍慶;;手功能康復機器人的魯棒控制研究[J];計算技術與自動化;2009年01期

10 劉攀;張立勛;王克義;張今瑜;;繩牽引康復機器人的動力學分析與控制[J];中國機械工程;2009年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭學軍;;下肢康復機器人的臨床研究與未來展望[A];2012中國康復醫(yī)學會實用康復論壇暨運動康復新理念培訓班資料匯編[C];2012年

2 王俊華;;康復機器人發(fā)展概況[A];中國康復醫(yī)學會腦血管病專業(yè)委員會換屆暨第十五次全國腦血管病康復學術年會、湖南省康復醫(yī)學會神經康復專業(yè)委員會2012學術年會論文集[C];2012年

3 畢勝;季林紅;紀樹榮;;神經康復機器人研究進展[A];第四屆全國康復治療學術大會論文摘要匯編[C];2004年

4 吳軍;黃劍;王永驥;;集成運動意圖辨識與虛擬現(xiàn)實環(huán)境的上肢康復機器人[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

5 畢勝;;康復機器人訓練技術[A];中國康復醫(yī)學會運動療法分會第十一屆全國康復學術大會學術會議論文摘要匯編[C];2011年

6 陳勃帆;楊俊友;王碩玉;白殿春;;全方位下肢康復機器人逆運動學研究[A];第十一屆沈陽科學學術年會暨中國汽車產業(yè)集聚區(qū)發(fā)展與合作論壇論文集（信息科學與工程技術分冊）[C];2014年

7 白躍宏;徐義明;殷躍紅;;下肢外骨骼康復機器人研制[A];中國康復醫(yī)學會運動療法分會第十一屆全國康復學術大會學術會議論文摘要匯編[C];2011年

8 萬大千;徐義明;白躍宏;;下肢外骨骼康復機器人研究進展[A];中國康復醫(yī)學會運動療法分會第十一屆全國康復學術大會學術會議論文摘要匯編[C];2011年

9 白躍宏;徐義明;殷躍紅;范淵杰;;下肢外骨骼康復機器人研制及臨床應用[A];第20屆中國康協(xié)肢殘康復學術年會論文選集[C];2011年

10 許光旭;;步態(tài)訓練的新選擇——LokoHelp康復機器人[A];首屆全國腦外傷治療與康復學術大會論文匯編（上）[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 記者 劉云麗 實習生 李小蕾;我市一民企原創(chuàng)研發(fā)的項目填補國內相關領域空白[N];安陽日報;2012年

2 楊紅軍　曹洪田 王婷;科技創(chuàng)新攀新高 華麗轉身上精品[N];江蘇經濟報;2010年

3 記者 陳建強 通訊員 靳瑩;“純意念控制”人工神經康復機器人問世[N];光明日報;2014年

4 通訊員 靳瑩 記者 馮國梧;“純意念控制”人工神經康復機器人問世[N];科技日報;2014年

5 記者 趙暉;癱瘓人士只要一“想”就能動[N];天津日報;2014年

6 佘惠敏;期待更多的“神工一號”[N];經濟日報;2014年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 紀雯;五自由度上肢康復機器人訓練方案及評價系統(tǒng)的研究[D];東北大學;2014年

2 孟凡成;上肢康復機器人的增強學習控制方法研究[D];北京理工大學;2015年

3 邢科新;手功能康復機器人系統(tǒng)若干關鍵技術研究[D];華中科技大學;2010年

4 孫洪穎;臥式下肢康復機器人研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

5 吳軍;上肢康復機器人及相關控制問題研究[D];華中科技大學;2012年

6 姜瑩;全方位移動下肢康復機器人的運動控制方法研究[D];沈陽工業(yè)大學;2013年

7 楊勇;手臂康復機器人系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學;2009年

8 史小華;坐/臥式下肢康復機器人研究[D];燕山大學;2014年

9 李醒;五自由度上肢康復機器人訓練系統(tǒng)的研究[D];東北大學;2012年

10 羅東峰;桌面式上肢康復機器人控制研究[D];中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所);2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李齊;基于加速度計的下肢康復機器人示教訓練應用研究[D];燕山大學;2015年

2 梁霞;基于并聯(lián)機構的腿部康復機器人運動單元研究[D];河北聯(lián)合大學;2014年

3 秦江偉;被動式上肢康復機器人虛擬現(xiàn)實控制系統(tǒng)開發(fā)[D];大連海事大學;2015年

4 褚亞奇;基于患者疼痛感的康復機器人系統(tǒng)控制方法研究[D];沈陽理工大學;2015年

5 宋新旺;上肢運動功能康復機器人系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];上海應用技術學院;2015年

6 張瑩;上下肢協(xié)同康復機器人的研究[D];上海交通大學;2015年

7 張瑞雪;三自由度主動式上肢康復機器人結構設計與開發(fā)[D];大連海事大學;2015年

8 周海濤;下肢外骨骼康復機器人結構設計及控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

9 王翔宇;基于主動康復策略的手部外骨骼機器人控制與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

10 徐文墨;基于sEMG的上肢康復機器人控制系統(tǒng)研究[D];華北理工大學;2015年

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本文編號：669491