本文關(guān)鍵詞：下肢康復(fù)機(jī)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(zāi)害的頻發(fā)和老齡化程度的加劇,我國存在大量的下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙病人,對(duì)于康復(fù)機(jī)器人有著迫切的需求。在這樣的背景下,針對(duì)本課題組設(shè)計(jì)的下肢康復(fù)機(jī)器人,本文進(jìn)行了控制系統(tǒng)、變工作空間軌跡規(guī)劃、控制策略以及實(shí)驗(yàn)四個(gè)方面的研究。首先,為了提高下肢康復(fù)機(jī)器人的安全性,設(shè)計(jì)了電氣、軟件兩重安全限位。從康復(fù)機(jī)器人實(shí)際需求出發(fā),搭建了功能全面的硬件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了集多種模式康復(fù)訓(xùn)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(jīng)過對(duì)下肢康復(fù)機(jī)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(guān)節(jié)活動(dòng)范圍為變量,對(duì)變工作空間進(jìn)行了求解,設(shè)計(jì)了圓周、直線兩種系統(tǒng)軌跡。為滿足個(gè)別病人對(duì)訓(xùn)練軌跡的特殊要求,設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)訓(xùn)練軌跡,對(duì)位移、速度、加速度進(jìn)行了多項(xiàng)式插值。再次,設(shè)計(jì)了被動(dòng)訓(xùn)練、助力訓(xùn)練、主動(dòng)訓(xùn)練三種訓(xùn)練方法。將阻抗控制策略應(yīng)用于被動(dòng)訓(xùn)練中,當(dāng)病人作用力突變時(shí),能夠提高下肢康復(fù)機(jī)器人的柔順性,對(duì)病人進(jìn)行保護(hù)。在助力訓(xùn)練中,以阻抗模型為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了輔助力,達(dá)到了針對(duì)不同病人給予不同輔助力的目的。主動(dòng)訓(xùn)練時(shí),下肢康復(fù)機(jī)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(duì)三種訓(xùn)練方法分別進(jìn)行了仿真,分析了對(duì)應(yīng)控制策略中參數(shù)的影響。最后,進(jìn)行了下肢康復(fù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究�；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了扭矩傳感器濾波、重力參數(shù)計(jì)算、腿長計(jì)算實(shí)驗(yàn)�？刂撇呗詫�(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了被動(dòng)訓(xùn)練、助力訓(xùn)練、主動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),對(duì)相應(yīng)控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：控制系統(tǒng) 變工作空間 軌跡規(guī)劃 控制策略
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(fù)機(jī)器人發(fā)展概述10-13
• 1.2.1 國外下肢康復(fù)機(jī)器人發(fā)展概述10-13
• 1.2.2 國內(nèi)下肢康復(fù)機(jī)器人發(fā)展概述13
• 1.3 機(jī)器人力控制策略發(fā)展概述13-15
• 1.4 下肢康復(fù)機(jī)器人發(fā)展趨勢概述15
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 下肢康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 下肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)17-18
• 2.3 下肢康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)安全性要求18-22
• 2.4 下肢康復(fù)機(jī)器人硬件系統(tǒng)22-26
• 2.5 下肢康復(fù)機(jī)器人軟件系統(tǒng)26-32
• 2.6 下肢康復(fù)機(jī)器人電磁兼容32-36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 第3章 下肢康復(fù)機(jī)器人變工作空間軌跡規(guī)劃37-59
• 3.1 引言37
• 3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析37-38
• 3.3 變工作空間求解38-42
• 3.4 訓(xùn)練軌跡設(shè)計(jì)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(xùn)練速度與加速度設(shè)計(jì)48-58
• 3.5.1 直線軌跡速度與加速度設(shè)計(jì)48-52
• 3.5.2 圓周軌跡速度與加速度設(shè)計(jì)52-55
• 3.5.3 任意軌跡速度與加速度設(shè)計(jì)55-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 第4章 下肢康復(fù)機(jī)器人控制策略研究59-76
• 4.1 引言59
• 4.2 下肢康復(fù)機(jī)器人仿真模型59-64
• 4.3 下肢康復(fù)被動(dòng)訓(xùn)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(dòng)訓(xùn)練阻抗控制策略仿真67-69
• 4.4 下肢康復(fù)機(jī)器人助力訓(xùn)練控制策略69-72
• 4.4.1 軌跡訓(xùn)練輔助力設(shè)計(jì)69-70
• 4.4.2 助力訓(xùn)練控制策略實(shí)現(xiàn)方法70-71
• 4.4.3 助力訓(xùn)練控制策略仿真71-72
• 4.5 下肢康復(fù)機(jī)器人主動(dòng)訓(xùn)練控制策略72-75
• 4.5.1 沙土模型72-73
• 4.5.2 主動(dòng)訓(xùn)練沙土模型控制策略73-74
• 4.5.3 主動(dòng)訓(xùn)練沙土模型控制策略仿真74-75
• 4.6 本章小結(jié)75-76
• 第5章 下肢康復(fù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究76-92
• 5.1 引言76
• 5.2 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)76-83
• 5.2.1 扭矩傳感器濾波實(shí)驗(yàn)76-77
• 5.2.2 腿長計(jì)算實(shí)驗(yàn)77-78
• 5.2.3 座椅調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)78
• 5.2.4 病人作用力近似計(jì)算78-83
• 5.3 軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)83-87
• 5.4 被動(dòng)訓(xùn)練控制策略實(shí)驗(yàn)87-89
• 5.5 助力訓(xùn)練控制策略實(shí)驗(yàn)89-90
• 5.6 主動(dòng)訓(xùn)練控制策略實(shí)驗(yàn)90-91
• 5.7 本章小結(jié)91-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研項(xiàng)目與主要成果99-100
• 致謝100

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