减重式步态康复训练机器人控制及实验研究

论文摘要

将机器人辅助治疗技术引入到偏瘫康复训练中,已经逐渐得到国内外研究人员的重视,并发展成为热门课题之一。本文介绍了康复训练机器人、减重控制系统以及步态分析测量的国内外发展现状和趋势。依据下肢康复机器人的应用对象和偏瘫康复理论,确定了机器人的设计目标和控制系统方案,并对机器人系统的关键技术进行了研究和论述。具体研究如下:本文通过图像采集和人体关节角度测量装置,对下肢各关节的运动参数进行了实时测量和分析研究,并在重心轨迹测量实验中获得与步态训练系统协调的重心轨迹,这为减重式步态康复训练机器人的控制系统提供了必要的理论依据和参数。基于理论研究,利用dSPACE实时仿真平台进行了减重系统的半实物仿真设计。将减重系统引入控制回路,设计了减重系统控制器,根据患者的康复程度,为患者选取合适的减重量。最后,在LabVIEW的开发环境中完成了减重控制系统的软件设计和实验研究。完善了减重式步态康复训练机器人控制系统软件,实现从步态训练系统初始化、减重系统标定、跟踪运动到数据实时采集显示整套系统的控制和运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 论文主要完成工作
• 第2章 机器人系统总体方案
• 2.1 系统结构方案
• 2.1.1 步态训练系统结构简介
• 2.1.2 脚踏板位姿计算
• 2.1.3 减重系统
• 2.2 系统控制方案
• 2.2.1 减重系统控制方案
• 2.2.2 步态训练系统控制方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 人体步态规律测量实验研究
• 3.1 步态周期时相划分
• 3.2 人体步态测量系统
• 3.2.1 实验方案与实施
• 3.2.2 测量系统构成
• 3.2.3 下肢测量模型
• 3.2.4 实验任务
• 3.2.5 基于dSPACE的角度测量系统设计
• 3.3 数据处理方法
• 3.3.1 数据拟合
• 3.3.2 平均步态周期及采样点个数
• 3.4 下肢运动分析
• 3.4.1 不同步速下各关节运动轨迹分析
• 3.4.2 由关节运动轨迹求取相应的运动参数
• 3.4.3 不同步速下双侧下肢各关节运动角度分析
• 3.4.4 人体运动仿真棍图
• 3.4.5 脚与地面夹角的运动分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于dSPACE的减重控制及实验研究
• 4.1 半实物仿真实验系统构成
• 4.1.1 半实物仿真技术
• 4.1.2 实时仿真处理器
• 4.1.3 实验系统构成
• 4.2 控制模型
• 4.3 减重系统实验
• 4.3.1 力传感器特性及标定
• 4.3.2 重心测量实验
• 4.3.3 速度伺服控制器仿真实验
• 4.3.4 减重控制实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 应用系统开发
• 5.1 应用系统构成
• 5.2 系统软件总体设计
• 5.3 应用系统实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢