上肢康复外骨骼硬件控制系统的设计与优化
发布时间：2021-04-15 04:59
随着偏瘫康复应用中上肢康复外骨骼机器人的应用越来越广,保证人机交互的舒适性,减小人机交互中的对抗力逐渐成为研究的热点,如何设计满足条件的硬件控制系统平台是设计合适的机器人系统的前提。本论文主要面向上肢康复外骨骼机器人系统,进行硬件控制系统、实时性指标评价以及实时性优化相关的研究,具体包括以下三个方面:设计针对上肢外骨骼的被动、主动与阻抗力控制模式需求的硬件控制系统。首先结合了机械结构,完成了运动控制系统与交互力采集系以及关节绝对角度检测系统的需求分析与设计。针对系统中难以通过传统方式对角度进行检测的法兰耦合关节,设计了一种霍尔传感器环,结合运动控制器的关节相对运动角度实现对关节绝对角度的检测。最后进行了主控制单元的设计,通过CAN总线以及CANopen协议实现控制单元以及系统中的其他单元的实时数据交换。根据系统结构设计了一套系统软件,并通过交互力跟随实验验证了系统的功能性设计。针对控制系统需求,本文提出了基于力跟随控制下的上肢康复外骨骼机器人硬件控制系统实时性评价指标与一种基于异构控制系统的分布式主控制系统设计方法。通过系统对力变化的响应速度来对系统的实时性进行评价,并针对硬件控制系统...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外研究的一些上肢康复外骨骼机器人系统
第一章绪论EMG信号读取肌肉的力量来实时调整阻抗参数，机械臂固定于轮椅上，可以根据使用者的意图进行移动和对外骨骼进行控制，完成主动方式的运动控制和康复评估训练。图1-4日本佐贺大学研制的SUEFUL-7大部分针对于中风偏瘫康复的外骨骼机器人都是用电动力电机作为驱动器，但也有些上肢康复系统使用液压系统进行驱动，比如荷兰屯顿大学研究的LIMPACT液压驱动上肢外骨骼系统[28]。LIMPACT结合了非常轻的一个外骨骼框架和强力的液压系统来减轻穿戴者使用手臂时的负担，使用被动重力平衡算法来补偿正常人穿戴时手臂的重量，可以根据不同穿戴者自动进行动态调整[29]。图1-5荷兰屯顿大学研制的液压驱动的LIMPACT机器人哈尔滨工业大学也设计及了一款可以通过电脑分析和处理人体表面肌电信号来对人体运动进行感知的五自由度穿戴式上肢康复外骨骼机器人，通过结合表面肌电信号和多维力传感器信号，控制机器人末端位置的运动速度来实现对病人的主动康复和被动康复训练[30]。5
第一章绪论EMG信号读取肌肉的力量来实时调整阻抗参数，机械臂固定于轮椅上，可以根据使用者的意图进行移动和对外骨骼进行控制，完成主动方式的运动控制和康复评估训练。图1-4日本佐贺大学研制的SUEFUL-7大部分针对于中风偏瘫康复的外骨骼机器人都是用电动力电机作为驱动器，但也有些上肢康复系统使用液压系统进行驱动，比如荷兰屯顿大学研究的LIMPACT液压驱动上肢外骨骼系统[28]。LIMPACT结合了非常轻的一个外骨骼框架和强力的液压系统来减轻穿戴者使用手臂时的负担，使用被动重力平衡算法来补偿正常人穿戴时手臂的重量，可以根据不同穿戴者自动进行动态调整[29]。图1-5荷兰屯顿大学研制的液压驱动的LIMPACT机器人哈尔滨工业大学也设计及了一款可以通过电脑分析和处理人体表面肌电信号来对人体运动进行感知的五自由度穿戴式上肢康复外骨骼机器人，通过结合表面肌电信号和多维力传感器信号，控制机器人末端位置的运动速度来实现对病人的主动康复和被动康复训练[30]。5
【参考文献】：
期刊论文
[1]早期康复治疗对脑卒中患者肢体功能恢复的影响[J]. 刘孟花,刘莹莹,宋凯红,刘辉. 中国实用神经疾病杂志. 2019(23)
[2]基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置观测[J]. 张懿,张明明,魏海峰,李垣江,刘维亭. 电工技术学报. 2019(22)
[3]康复机器人在脑卒中偏瘫康复中的应用研究进展[J]. 庞晨晨,李瑞玲,冯英璞. 护理研究. 2019(21)
[4]脑卒中患者康复护理研究进展[J]. 曹永菊. 护理实践与研究. 2019(20)
[5]脑卒中偏瘫患者早期康复护理研究进展[J]. 吴红霞. 心理月刊. 2019(18)
[6]中国康复医学科学研究的发展历程[J]. 吴毅,岳寿伟,窦豆. 中国康复医学杂志. 2019(09)
[7]老年脑卒中的康复治疗[J]. 张双鹤,李春辉. 实用老年医学. 2019(08)
[8]浅谈嵌入式计算机技术及应用[J]. 张昆,滕振芳. 科学咨询（科技·管理）. 2019(01)
[9]基于CAN的分布式机器人控制系统设计[J]. 王亚峰,陈昊,张军,任杰夫. 电子设计工程. 2017(14)
[10]一种上肢外骨骼康复机器人的控制系统研究[J]. 王露露,胡鑫,胡杰,方又方,何荣荣,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2016(06)
硕士论文
[1]上肢外骨骼康复机器人控制系统研究[D]. 张蔚然.山东建筑大学 2019
[2]上肢偏瘫康复外骨骼机器人结构设计及初步实现[D]. 周呈科.电子科技大学 2019
[3]低频重复经颅磁刺激联合上肢康复机器人对卒中后偏瘫上肢运动功能的影响[D]. 林鸿新.南方医科大学 2019
[4]基于DSP的助力外骨骼嵌入式控制系统研究[D]. 吕攀.浙江大学 2019
[5]脑卒中康复期站立平衡及行走步态研究[D]. 王威.山东大学 2018
[6]脑卒中偏瘫上肢康复外骨骼机器人的基础理论研究[D]. 梁康贵.哈尔滨工业大学 2016
[7]IEEE1394串行总线协议在以太网络中的应用研究[D]. 宫纪明.合肥工业大学 2009
本文编号：3138715
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外研究的一些上肢康复外骨骼机器人系统
第一章绪论EMG信号读取肌肉的力量来实时调整阻抗参数，机械臂固定于轮椅上，可以根据使用者的意图进行移动和对外骨骼进行控制，完成主动方式的运动控制和康复评估训练。图1-4日本佐贺大学研制的SUEFUL-7大部分针对于中风偏瘫康复的外骨骼机器人都是用电动力电机作为驱动器，但也有些上肢康复系统使用液压系统进行驱动，比如荷兰屯顿大学研究的LIMPACT液压驱动上肢外骨骼系统[28]。LIMPACT结合了非常轻的一个外骨骼框架和强力的液压系统来减轻穿戴者使用手臂时的负担，使用被动重力平衡算法来补偿正常人穿戴时手臂的重量，可以根据不同穿戴者自动进行动态调整[29]。图1-5荷兰屯顿大学研制的液压驱动的LIMPACT机器人哈尔滨工业大学也设计及了一款可以通过电脑分析和处理人体表面肌电信号来对人体运动进行感知的五自由度穿戴式上肢康复外骨骼机器人，通过结合表面肌电信号和多维力传感器信号，控制机器人末端位置的运动速度来实现对病人的主动康复和被动康复训练[30]。5
第一章绪论EMG信号读取肌肉的力量来实时调整阻抗参数，机械臂固定于轮椅上，可以根据使用者的意图进行移动和对外骨骼进行控制，完成主动方式的运动控制和康复评估训练。图1-4日本佐贺大学研制的SUEFUL-7大部分针对于中风偏瘫康复的外骨骼机器人都是用电动力电机作为驱动器，但也有些上肢康复系统使用液压系统进行驱动，比如荷兰屯顿大学研究的LIMPACT液压驱动上肢外骨骼系统[28]。LIMPACT结合了非常轻的一个外骨骼框架和强力的液压系统来减轻穿戴者使用手臂时的负担，使用被动重力平衡算法来补偿正常人穿戴时手臂的重量，可以根据不同穿戴者自动进行动态调整[29]。图1-5荷兰屯顿大学研制的液压驱动的LIMPACT机器人哈尔滨工业大学也设计及了一款可以通过电脑分析和处理人体表面肌电信号来对人体运动进行感知的五自由度穿戴式上肢康复外骨骼机器人，通过结合表面肌电信号和多维力传感器信号，控制机器人末端位置的运动速度来实现对病人的主动康复和被动康复训练[30]。5
【参考文献】：
期刊论文
[1]早期康复治疗对脑卒中患者肢体功能恢复的影响[J]. 刘孟花,刘莹莹,宋凯红,刘辉. 中国实用神经疾病杂志. 2019(23)
[2]基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置观测[J]. 张懿,张明明,魏海峰,李垣江,刘维亭. 电工技术学报. 2019(22)
[3]康复机器人在脑卒中偏瘫康复中的应用研究进展[J]. 庞晨晨,李瑞玲,冯英璞. 护理研究. 2019(21)
[4]脑卒中患者康复护理研究进展[J]. 曹永菊. 护理实践与研究. 2019(20)
[5]脑卒中偏瘫患者早期康复护理研究进展[J]. 吴红霞. 心理月刊. 2019(18)
[6]中国康复医学科学研究的发展历程[J]. 吴毅,岳寿伟,窦豆. 中国康复医学杂志. 2019(09)
[7]老年脑卒中的康复治疗[J]. 张双鹤,李春辉. 实用老年医学. 2019(08)
[8]浅谈嵌入式计算机技术及应用[J]. 张昆,滕振芳. 科学咨询（科技·管理）. 2019(01)
[9]基于CAN的分布式机器人控制系统设计[J]. 王亚峰,陈昊,张军,任杰夫. 电子设计工程. 2017(14)
[10]一种上肢外骨骼康复机器人的控制系统研究[J]. 王露露,胡鑫,胡杰,方又方,何荣荣,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2016(06)
硕士论文
[1]上肢外骨骼康复机器人控制系统研究[D]. 张蔚然.山东建筑大学 2019
[2]上肢偏瘫康复外骨骼机器人结构设计及初步实现[D]. 周呈科.电子科技大学 2019
[3]低频重复经颅磁刺激联合上肢康复机器人对卒中后偏瘫上肢运动功能的影响[D]. 林鸿新.南方医科大学 2019
[4]基于DSP的助力外骨骼嵌入式控制系统研究[D]. 吕攀.浙江大学 2019
[5]脑卒中康复期站立平衡及行走步态研究[D]. 王威.山东大学 2018
[6]脑卒中偏瘫上肢康复外骨骼机器人的基础理论研究[D]. 梁康贵.哈尔滨工业大学 2016
[7]IEEE1394串行总线协议在以太网络中的应用研究[D]. 宫纪明.合肥工业大学 2009
本文编号：3138715
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