论文摘要
医学理论和临床医学表明,下肢瘫痪患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外,科学、合理的康复训练对患者有着非常重要的作用。目前的康复训练大都是理疗师对患者直接进行训练,这种训练模式存在无法保证充足的训练时间和足够的训练强度,训练不能精确控制和记录训练参数等问题。另外现有的下肢康复医疗设备性能较差,因此研制一种下肢康复机器人变得非常迫切。本文主要以下肢康复机器人为研究对象,以下肢康复机器人步态控制为核心,研究了多轴协调控制技术,实现了对机器人步态的控制,使下肢康复机器人模拟出正常人的步态,达到了设计目标。本文的主要工作如下：(1)主要对硬件控制策略进行研究。首先介绍了下肢康复机器人的设计要求和总体机构设计,分析和研究了几种通信方式,以CAN总线作为下肢康复机器人节点间的通信方式。同时提出了系统的三种控制结构,对三种控制结构的分析研究。(2)主要是对下肢康复机器人硬件系统进行了研究。研究了硬件系统的设计原则,对直流伺服电机三闭环控制性能进行分析,研究了直流伺服驱动电机的控制方式。通过对CANopen协议的研究,设计并实现了硬件电路系统。(3)主要对软件控制系统进行深入的分析与设计,搭建了多轴协调控制系统程序首先研究了软件控制系统的设计原则及标准步态曲线的重建方案,通过对步态规划研究建立了人体标准步态数据库。其次在Lab VIEW编程环境中搭建了多轴协调控制系统,分析了程序中重要模块的作用及控制系统的操作流程。最后研究了患者步态数据采集方案及保障患者安全的控制策略。(4)主要对控制系统实验进行研究。通过多轴协调控制系统实验得到了各关节电机实际位置和速度曲线。针对实验中出现电机实际输出曲线抖动情况提出了三种PVT数据修正方案,通过对方案实际效果的比较,选择了第三种平滑曲线的方案。通过对使用人群的考虑,研究了调整步频和步速的方案。最后经过仿真实验和实际测量人体步态曲线验证了所选数据的正确性及控制系统性能的可靠性、稳定性。同时在研究中获取了关键的实验数据和研究经验,为康复机器人的产品化奠定了一定的基础。