运动障碍病人辅助起立智能轮椅研究

发布时间：2021-01-17 02:54

　　国内外许多科研机构都对下肢外骨骼做了大量研究,与之配合使用具有特殊功能的智能轮椅研究却相对较少。目前,大部分电动轮椅的功能比较单一,难以与下肢外骨骼较好结合,因此不能满足特定群体的需要。在此背景下,本课题针对起立功能障碍患者,研究了一种能与下肢外骨骼有机结合的辅助起立智能轮椅系统。首先,本文在测量与分析人体起立过程规律并结合人机工程学基础上,设计了可与下肢外骨骼结合的辅助起立智能轮椅装置,包括电动轮椅、辅助起立机构两部分,其中辅助起立机构包括旋转机构、升降机构、减速机构和支撑机构,旋转机构采用蜗轮蜗杆传递动力,升降机构采用双螺旋传动方案。然后,在完成机构设计的基础上,对本文所设计辅助起立智能轮椅进行建模分析。从正常人体起立运动学公式推导出辅助起立机构逆运动学方程,由拉格朗日法计算得到辅助起立机构提供给用户的辅助力与力矩。使用虚拟样机技术对辅助起立轮椅人机模型进行了仿真和分析,得到辅助起立轮椅人机模型的运动学和动力学参数,仿真结果与前文相关内容的计算结果相符,从而验证了本文机构设计的合理性。最后,本文结合智能轮椅的需求,设计了控制系统硬软件总体方案。智能轮椅硬件系统包括主控制器设计、电机... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 辅助起立康复技术研究现状
        1.2.1 穿戴式辅助起立康复装置
        1.2.2 床式辅助起立康复装置
        1.2.3 座椅式辅助起立康复装置
    1.3 智能轮椅研究现状
    1.4 论文研究内容与结构
第二章 辅助起立智能轮椅结构设计
    2.1 辅助起立智能轮椅总体结构方案设计
        2.1.1 人体起立过程测量与分析
        2.1.2 设计要求
        2.1.3 总体结构设计方案
    2.2 电动轮椅结构设计
    2.3 辅助起立机构设计
        2.3.1 辅助起立机构方案分析
        2.3.2 升降机构设计
        2.3.3 旋转机构设计
        2.3.4 减速机构设计
        2.3.5 支撑机构设计
    2.4 辅助起立智能轮椅安全策略
    2.5 本章小结
第三章 辅助起立智能轮椅人机模型分析
    3.1 起立过程人体运动学模型分析
        3.1.1 正常人体起立数学模型
        3.1.2 起立过程逆运动学分析
    3.2 起立过程动力学分析
    3.3 轮椅性能分析
        3.3.1 轮椅爬坡能力分析
        3.3.2 轮椅越障能力分析
    3.5 本章小结
第四章 辅助起立智能轮椅虚拟样机仿真与分析
    4.1 虚拟样机技术简介
    4.2 虚拟样机模型建立与分析
        4.2.1 虚拟样机模型建立
        4.2.2 仿真结果分析
    4.3 本章小结
第五章 辅助起立智能轮椅控制系统设计
    5.1 控制系统总体设计
    5.2 硬件系统设计
        5.2.1 主控制器设计
        5.2.2 电机驱动系统选型
        5.2.3 通信与传感系统设计
    5.3 下位机程序设计
        5.3.1 电动轮椅运动控制算法设计
        5.3.2 辅助起立算法设计
    5.4 手机上位机设计
        5.4.1 手机APP模块化设计
        5.4.2 交互界面设计
        5.4.3 基于Android手机的轮椅运动控制实验
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 不足与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Android手机的健康调理手环设计[J]. 陈崇辉.  计算机测量与控制. 2015(12)
[2]辅助起立机器人人体运动学建模与试验研究[J]. 王志强,姜洪源,KAMNIK Roman.  哈尔滨工程大学学报. 2014(02)
[3]基于Android手机的智能轮椅室外导航方法[J]. 罗元,孔维熙,张毅.  计算机工程. 2013(06)
[4]一种用于站起训练的起坐机构设计[J]. 张立勋,白大鹏,伊蕾.  中国康复医学杂志. 2012(04)
[5]蓝牙模块串口通信的设计与实现[J]. 张群,杨絮,张正言,陆起涌.  实验室研究与探索. 2012(03)
[6]一种跟踪运动物体轨迹算法的研究[J]. 李金明.  电子科技. 2011(01)
[7]基于伺服电机转矩模式的动态力矩测试系统[J]. 李保,王长华,倪森祥.  机电工程. 2009(08)
[8]人体运动计算机仿真建模方法的研究进展[J]. 古福明.  成都体育学院学报. 2007(03)
[9]2006年第二次全国残疾人抽样调查主要数据公报[J]. Leading Group of the Second China National Sample Survey on Disability, National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China.  中国康复理论与实践. 2006(12)
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博士论文
[1]基于多传感器的移动机器人行为控制研究[D]. 赵海文.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]基于模糊PID的外骨骼康复机械手位置控制研究[D]. 李超.昆明理工大学 2016
[2]外骨骼助力机器人控制系统设计与控制策略研究[D]. 许长华.哈尔滨工业大学 2015
[3]多功能智能轮椅的研究[D]. 雷双双.华南理工大学 2014
[4]人性化康复轮椅设计[D]. 吴晓慧.吉林大学 2013
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[6]室内智能轮椅控制系统研究[D]. 苏婷.南京师范大学 2013
[7]助行机器人机构设计及样机研制[D]. 彭锦波.哈尔滨工程大学 2010
[8]人体起立过程建模与起立功能康复训练控制系统研究[D]. 李姗姗.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：2982058