下肢康复机器人设计及运动控制研究

发布时间：2023-11-18 10:59

　　由于中风、老龄化等因素引起的偏瘫患者日益增多,康复医师的数量相对较少,面临的压力与日俱增,并且传统的康复治疗过程多为繁重重复的体力活,治疗周期比较长,对医生的耐力有着很高的要求,因此迫切需要寻求代替品来代替医师帮助患者进行康复训练。康复机器人技术的发展,给医生带来了曙光,给患者进行康复训练带来了希望。本文在参考了大量的相关文献的基础上,设计一款简单易用的踏板式下肢康复机器人。在康复机器人结构设计上,本文对下肢传动机构进行了详细的分析,讨论了各种传动方式的利弊,综合考虑,采用了蜗轮蜗杆传动;对驱动方式进行了详细的探讨,确定了最终的电机驱动方案。传动方式和驱动方式确定之后,本文对人机交互力矩进行了估计,配合动力学仿真确定了所需电机的额定力矩和减速比,挑选了合适的伺服设备,最后给出了整机的三维图模型。为了患者可以更好地进行训练,本文在了解了人体下肢运动机理后,对人体下肢进行了简化,建立了人机一体化运动模型,基于此模型,利用矢量法建立了人机运动学模型,在matlab平台进行仿真验证了运动学模型的正确性;利用拉格朗日动力学方程建立了人机动力学模型,为接下来的控制算法的研究提供了理论基础。在控制算...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外在该方向的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 下肢康复机器人运动控制策略研究现状
    1.3 主要研究内容
第2章 康复机器人方案设计
    2.1 引言
    2.2 康复机器人设计要求
        2.2.1 安全性要求
        2.2.2 训练模式要求
    2.3 康复机器人结构设计方案
        2.3.1 传动装置设计
        2.3.2 驱动方式的选择与计算
        2.3.3 伺服设备选择
        2.3.4 整体结构设计
    2.4 控制系统方案
        2.4.1 控制结构
        2.4.2 控制方法
    2.5 本章小结
第3章 人机模型运动学分析及动力学分析
    3.1 引言
    3.2 人机模型的建立
        3.2.1 康复医学理论
        3.2.2 人体下肢模型的建立
        3.2.3 人机一体化模型的建立
    3.3 运动学分析
        3.3.1 角度分析
        3.3.2 角速度分析
        3.3.3 角加速度分析
    3.4 动力学分析
        3.4.1 人机动力学模型
        3.4.2 拉格朗日动力学方程
    3.5 本章小结
第4章 仿真及优化
    4.1 引言
    4.2 运动学仿真
    4.3 动力学仿真
        4.3.1 控制算法
        4.3.2 被动训练模式
        4.3.3 助动训练模式
        4.3.4 主动训练模式
    4.4 运动优化
    4.5 本章小结
结论
主要参考文献
致谢



本文编号：3865152