發(fā)布時(shí)間：2018-06-01 13:03

  本文選題：氣動(dòng)肌肉 + 踝關(guān)節(jié)　； 參考：《廣東工業(yè)大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練是一種對(duì)患者的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的治療方法。踝關(guān)節(jié)是人體下肢最復(fù)雜的關(guān)節(jié),也是最重要的一個(gè)關(guān)節(jié)之一。因?yàn)橐馔庠斐缮窠?jīng)損傷或者肢體損傷的病人,長(zhǎng)時(shí)間不能自主運(yùn)動(dòng),容易產(chǎn)生踝關(guān)節(jié)粘連和肌肉萎縮,因此有必要對(duì)踝關(guān)節(jié)進(jìn)行合理、科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練。在各種康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)中,等速持續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)(CPM, Continuous Passive Motion)和等速主動(dòng)抗阻運(yùn)動(dòng)(ARM, Active Resistance Motion)是目前應(yīng)用最廣泛,而且公認(rèn)是最有效的康復(fù)訓(xùn)練方法。等速康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)需要專(zhuān)用的等速康復(fù)訓(xùn)練裝置實(shí)現(xiàn),傳統(tǒng)的等速康復(fù)訓(xùn)練裝置以電機(jī)或氣缸作為驅(qū)動(dòng)器,容易實(shí)現(xiàn)且控制特性好,但是缺乏安全性和柔順性。與此相比,氣動(dòng)肌肉是一種新型的驅(qū)動(dòng)器,不僅有較好的安全性和柔順性,還具有與生物肌肉非常相似的力/長(zhǎng)度特性,因此本文采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器,設(shè)計(jì)了踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置和等速CPM、等速ARM控制器,并對(duì)裝置的控制特性進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)研究。 首先,本文根據(jù)踩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的要求,提出了踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的總體方案,并對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 其次,采用嵌入式系統(tǒng)作為康復(fù)訓(xùn)練裝置的控制系統(tǒng),對(duì)嵌入式硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括主控模塊和傳感器選型,測(cè)控回路、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)及其開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建,程序代碼開(kāi)發(fā)等。 然后,對(duì)康復(fù)訓(xùn)練裝置的等速CPM控制特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。先在康復(fù)訓(xùn)練裝置中應(yīng)用前饋-PID反饋控制算法,然后在控制算法中加入給定超前和位置補(bǔ)償,并使用安裝在實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的質(zhì)量塊作為負(fù)載模擬人腳的質(zhì)量,進(jìn)行控制特性實(shí)驗(yàn)研究。 最后,針對(duì)踝關(guān)節(jié)等速ARM康復(fù)訓(xùn)練的要求,設(shè)計(jì)了等速ARM控制器,并進(jìn)行了質(zhì)量塊模擬和人參與的等速ARM實(shí)驗(yàn),對(duì)其控制特性進(jìn)行了研究。 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的康復(fù)訓(xùn)練裝置能滿(mǎn)足跺關(guān)節(jié)等速CPM和等速ARM的要求,對(duì)類(lèi)似的下肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究有參考價(jià)值。
[Abstract]:Ankle rehabilitation training is a kind of treatment for ankle joint movement training to realize its motor function rehabilitation. Ankle is the most complex joint of human lower extremities, and it is also one of the most important joints. It is necessary to carry out reasonable and scientific rehabilitation training of ankle joint because the patient who accidentally caused nerve injury or limb injury can not exercise autonomously for a long time and is prone to ankle joint adhesion and muscle atrophy. Among all kinds of rehabilitation training exercises, isokinetic passive exercise, Continuous Passive Motion) and isokinetic active resistance exercise, Active Resistance Motion) are the most widely used and recognized as the most effective rehabilitation training methods. The constant-speed rehabilitation training needs a special constant-speed rehabilitation training device. The traditional isokinetic rehabilitation training device uses motor or cylinder as the driver, which is easy to realize and has good control characteristics, but it lacks safety and flexibility. Compared with this, pneumatic muscle is a new type of driver, which not only has good safety and flexibility, but also has the force / length characteristics similar to that of biological muscle. Therefore, pneumatic muscle is used as driver in this paper. The ankle rehabilitation training device, isokinetic CPM and isokinetic ARM controller are designed, and the control characteristics of the device are simulated and studied. First of all, according to the requirements of training, the overall scheme of ankle rehabilitation training equipment is put forward, and the pneumatic system and mechanical system are designed. Secondly, the embedded system is used as the control system of rehabilitation training device. The embedded hardware system and software system are designed, including the selection of main control module and sensor, the measurement and control loop, the development of application program and the construction of development environment. Program code development, etc. Then, the constant-speed CPM control characteristics of rehabilitation training equipment are studied experimentally. The feedforward pid feedback control algorithm is first applied in the rehabilitation training device, and then the given lead and position compensation is added to the control algorithm, and the mass block installed on the motion platform of the experimental device is used as the load to simulate the mass of the human foot. The control characteristics are studied experimentally. Finally, an isokinetic ARM controller is designed to meet the requirements of the constant-speed ARM rehabilitation training of the ankle joint. The mass block simulation and the experiment of isokinetic ARM are carried out, and the control characteristics of the controller are studied. The experimental results show that the designed rehabilitation training device can meet the requirements of isokinetic CPM and isokinetic ARM of the stomp joint and has reference value for the design of similar lower limb rehabilitation robots.
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TH789

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