上下肢康复机器人的柔顺控制研究

发布时间：2021-05-18 10:34

　　脑中风和脊髓损伤往往会给患者造成肢体运动障碍。这些患者都十分渴望能够重新获得运动能力,而紧张的康复医疗资源使许多患者得不到及时康复,导致运动功能不能有效恢复,影响患者家庭的生活质量。康复机器人作为科技时代发展的产物,可以帮助运动障碍患者重新获得运动能力,在一定程度上缓解了紧张的康复资源。因此,本实验室基于脑可塑理论和运动神经耦合理论设计了一款上下肢康复机器人,本文将结合患者的康复需求分别建立了被动和主动控制系统,并招募健康的志愿者对建立的控制系统进行了实验验证,该设备有望促进我国康复机器人的发展。首先,本文结合实验室现有的上下肢康复机器人,对设备的整体机械结构进行了简单介绍。并且,根据康复需求确定了上下肢康复机器人控制系统的总体方案。针对上肢和下肢的主被动康复运动明确了控制策略,并提出采用误差分析的方法对建立的控制系统进行定量分析评价。其次,在上下肢康复机器人的上肢康复装置上建立基于极点配置的位置闭环控制系统,完成上肢的被动运动;上肢的柔顺控制系统在新搭建的实验平台上得以实现,分别建立了力闭环控制系统、基于阻抗控制器的力控制系统以及基于摩擦补偿的力阻抗控制系统。招募健康的志愿者对上肢的... 

【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 康复机器人康复原理
        1.3.1 脑可塑理论
        1.3.2 上下肢运动神经耦联理论
        1.3.3 人体运动关节参数
    1.4 康复机器人研究现状
        1.4.1 康复机器人结构设计研究现状
        1.4.2 康复机器人控制策略研究现状
    1.5 论文研究主要内容及章节安排
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 章节安排
第二章 上下肢康复机器人总体系统的建立
    2.1 上下肢康复机器人机械结构
        2.1.1 上肢运动装置
        2.1.2 下肢康复装置
    2.2 上下肢康复机器人控制系统
        2.2.1 控制系统总体方案
        2.2.2 传感器选定
        2.2.3 数据采集卡和驱动器选型
    2.3 控制策略确定
    2.4 控制策略评价指标
    2.5 本章小结
第三章 上肢被动和主动控制系统设计
    3.1 上肢被动控制器设计
        3.1.1 上肢被动控制系统
        3.1.2 确定控制器参数
    3.2 上肢柔顺控制器设计
        3.2.1 力控制系统
        3.2.2 基于阻抗控制的力控制系统
        3.2.3 摩擦力补偿模型
        3.2.4 基于摩擦补偿的力阻抗系统
    3.3 实验与结果分析
        3.3.1 实验方法
        3.3.2 被动控制实验结果与分析
        3.3.3 主动控制系统参数辨识
        3.3.4 主动控制实验结果与分析
    3.4 本章小结
第四章 下肢被动和主动控制系统设计
    4.1 下肢被动控制器的设计
        4.1.1 被动控制器设计
        4.1.2 确定控制器参数
    4.2 下肢柔顺控制系统设计
        4.2.1 导纳控制器
        4.2.2 可变导纳控制器
        4.2.3 控制系统仿真模型
    4.3 实验测试与结果分析
        4.3.1 实验方法
        4.3.2 下肢被动运动
        4.3.3 下肢主动运动
        4.3.4 单只脚踝可变导纳运动
    4.4 本章小结
第五章 上下肢联动控制系统的实现
    5.1 上下肢被动联动和运动范围在线调整控制系统
        5.1.1 建立上下肢联动控制系统
        5.1.2 建立上下肢运动范围可变控制系统
    5.2 实验结果与分析
        5.2.1 实验方法
        5.2.2 上下肢联动实验结果与分析
        5.2.3 上下肢可变运动范围实验结果与分析
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 论文总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
致谢
参考文献
附录 作者在攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]上下肢康复机器人的结构与控制系统设计[J]. 穆载乐,方娟,陈隆飞,张秋菊.  工程设计学报. 2019(06)
[2]坐卧式下肢康复机器人的被动训练控制[J]. 吕显耀,杨炽夫,姜峰,韩俊伟.  机械设计与制造. 2019(04)
[3]下肢外骨骼康复机器人人机交互力自适应导纳控制[J]. 屠尧,朱爱斌,宋纪元,申志涛,张小栋,曹广忠.  西安交通大学学报. 2019(06)
[4]下肢康复机器人LR2训练对偏瘫患者下肢肌痉挛和ADL能力改善的疗效观察[J]. 卢利萍,桑德春,季淑凤.  中国康复医学杂志. 2018(01)
[5]康复机器人的同步主动交互控制与实现[J]. 彭亮,侯增广,王卫群.  自动化学报. 2015(11)
[6]安阳神方康复机器人有限公司[J].   机器人技术与应用. 2014(03)
[7]新型可穿戴式多自由度气动上肢康复机器人[J]. 吴军,王永骥,黄剑,霍卫光.  华中科技大学学报(自然科学版). 2011(S2)
[8]基于运动想象脑电的上肢康复机器人[J]. 徐宝国,彭思,宋爱国.  机器人. 2011(03)
[9]滑动摩擦模型研究现状[J]. 原大宁,刘丽兰,刘宏昭,吴子英,王忠民.  系统仿真学报. 2009(04)
[10]中枢神经系统（CNS）损伤后功能恢复的理论（二）[J]. 缪鸿石.  中国康复理论与实践. 1996(01)

博士论文
[1]坐卧式下肢康复机器人机构设计与协调控制研究[D]. 冯永飞.燕山大学 2018
[2]坐/卧式下肢康复机器人研究[D]. 史小华.燕山大学 2014
[3]步行康复训练助行腿机器人系统[D]. 冯治国.上海大学 2009
[4]下肢康复训练机器人关键技术研究[D]. 张晓超.哈尔滨工程大学 2009

硕士论文
[1]脑卒中瘫痪下肢外骨骼康复机器人的研究[D]. 张杰.浙江大学 2007



本文编号：3193641