基于磁定位的下肢康复训练外骨骼步态参数获取与规划控制

发布时间：2021-02-03 11:15

　　下肢康复训练外骨骼是一种面向下肢运动功能障碍患者的新型康复器械,目前国内在此方面的研究尚处于起步阶段。下肢康复训练外骨骼在进行运动控制前,一般需要进行步态参数的采集与规划,国内外当前常用的方法有计算机视觉等,它们都存在着设备成本高、对检测环境要求高、检测参数单一的缺点,且与外骨骼是分离的,在外骨骼运行过程中使用时会存在视线遮挡等问题。本文针对国内外现有下肢康复训练外骨骼在步态数据采集与规划方面的不足,研究了一种基于磁定位技术的下肢康复训练外骨骼步态参数获取与规划控制系统。首先,按照安全性、可调节性与轻便型三个原则设计并制作了下肢康复训练外骨骼机械装置。其次,提出了基于磁定位技术的步态参数获取与步态规划方法。设计了模拟信号调理电路,模数转换电路对磁传感器检测到的信号进行放大滤波等处理。建立磁偶极子模型,完成了磁传感器对空间永磁体的定位,根据坐标变换,得到下肢关节的转角数据,进一步由步态规划得到位移、速度、加速度结合的多点定位控制指令参数。完成了外骨骼控制系统的搭建,通过Labview开发了上位机人机交互界面,通过电机控制器多点位的定位方法,实现了外骨骼的快速响应和精准控制。最后,对整个外... 

【文章来源】：南京医科大学江苏省

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 下肢外骨骼的国内外研究现状
        1.2.2 步态参数获取方法的国内外研究现状
    1.3 本文主要工作和意义
第二章 下肢康复训练外骨骼的结构设计
    2.1 下肢康复外骨骼基本参数
        2.1.1 人体标准姿势
        2.1.2 下肢外骨骼自由度的选取
        2.1.3 下肢外骨骼各部位尺寸
    2.2 下肢康复外骨骼本体设计
    2.3 驱动方式确定
    2.4 本章小结
第三章 基于磁定位的步态数据采集与规划
    3.1 步态数据采集模型的建立
    3.2 磁定位的基本物理模型
        3.2.1 毕奥-萨伐尔定律
        3.2.2 磁偶极子模型
        3.2.3 永磁定位模型
    3.3 定位算法研究
        3.3.1 粒子群算法
        3.3.2 列文伯格-马夸尔特算法
    3.4 关节转角数据获取及曲线拟合
    3.5 步态规划
    3.6 本章小结
第四章 下肢康复训练外骨骼控制系统的研究
    4.1 控制系统概述
    4.2 控制系统硬件设计
        4.2.1 HMC1043磁传感器
        4.2.2 初级信号放大电路
        4.2.3 次级信号放大滤波电路
        4.2.4 模数转换电路
        4.2.5 MSP430F149介绍
        4.2.6 RCP2伺服电动缸
        4.2.7 蓝牙串口模块
    4.3 控制系统下位机软件设计
        4.3.1 A/D采样程序
        4.3.2 数据编译蓝牙发送程序
    4.4 控制系统上位机软件设计
        4.4.1 Labview简介
        4.4.2 串口通信程序
        4.4.3 Labview主程序
        4.4.4 三维实时显示程序
        4.4.5 电机控制器程序
        4.4.6 数据存储和回放程序
    4.5 本章小结
第五章 下肢康复训练外骨骼系统实验研究
    5.1 实验概述
    5.2 磁定位步态参数获取实验
        5.2.1 小磁体选择实验
        5.2.2 小磁体定位坐标误差实验
        5.2.3 连续运动转角误差实验
    5.3 外骨骼运行实验
        5.3.1 实验目标和内容
        5.3.2 实验过程与结果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作及展望
参考文献
综述
    参考文献
攻读学位期间发表文章情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]利用惯性传感器的人体运动空间轨迹追踪[J]. 马强,陈少发,赵君豪,但果.  单片机与嵌入式系统应用. 2018(01)
[2]基于Unity3D与Kinect的康复训练机器人情景交互系统[J]. 秦超龙,宋爱国,吴常铖,刘玉庆,姜国华.  仪器仪表学报. 2017(03)
[3]基于传感技术的智能床位监测系统[J]. 陈敏亚,陆靓亮.  中国医疗器械杂志. 2016(02)
[4]基于MPU-6050的步态信号采集系统[J]. 谷丽华,崔畅,高松巍,许会.  沈阳工业大学学报. 2015(02)
[5]基于物联网技术的数字化病床系统研究[J]. 陈一君.  中国数字医学. 2014(09)
[6]基于六轴传感器的步态分析系统设计[J]. 李秀丰,郭立泉,王计平,郁磊,方强.  传感器与微系统. 2014(07)
[7]智能下肢假肢关键技术研究进展[J]. 杨鹏,刘作军,耿艳利,赵丽娜.  河北工业大学学报. 2013(01)
[8]16位串行模数转换器ADS8509及其应用[J]. 王丹琦,黄根春,孙小刚.  电子设计工程. 2011(14)
[9]羟基磷灰石涂层人工假体的涂层附着力及其生物力学行为研究[J]. 张天阳,段永宏,朱澍,朱锦宇,朱庆生.  解放军医学杂志. 2011(05)
[10]磁性物体磁偶极子模型适用性的试验研究[J]. 张朝阳,肖昌汉,高俊吉,周国华.  应用基础与工程科学学报. 2010(05)

博士论文
[1]基于计算机视觉的检测方法与应用研究[D]. 漆随平.浙江大学 2005

硕士论文
[1]人体下肢动力外骨骼模型的研究[D]. 雷展.陕西科技大学 2016
[2]下肢外骨骼机器人控制系统平台设计及控制算法分析[D]. 李川.东北大学 2014
[3]偏瘫患者辅助行走下肢康复外骨骼系统开发研究[D]. 吴海杰.浙江大学 2014
[4]人行走过程中骨盆三维运动轨迹的实验研究[D]. 赵凌燕.哈尔滨工程大学 2006



本文编号：3016411