下肢康复医疗外骨骼训练控制系统研究与初步实现

发布时间：2017-06-12 11:02

  本文关键词：下肢康复医疗外骨骼训练控制系统研究与初步实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 外骨骼是一种可以让人穿戴的特殊机器人装置,具有动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”等特点。将外骨骼技术引入到用于脑卒中后步行能力恢复的悬吊式减重活动平板下肢康复训练中,则有可能彻底解决原有人工康复训练强度难以保证、精度不够、训练数据难以反馈记录等问题,同时,还可以将理疗师从繁重的体力劳动中解放出来,使其可以将更多的精力专注于患者康复训练效果的评估和计划的制定上,从而提升患者下肢康复训练的质量和效率,提高患者完全康复的几率。本文介绍的下肢康复医疗外骨骼系统就是应用于此领域的一种机电一体化装置。 本课题为康复医疗外骨骼系统搭建了一套基于PC和直流伺服电机控制器的控制系统硬件结构,并在此结构基础上开发了一套专用于此系统的虚拟仪器控制界面软件,相比较传统的实体控制界面,它具有操作灵活和人性化等特点。在PC系统环境下建立的患者康复训练数据库,可以客观实时的对患者的训练数据进行详细的显示记录,并分级保存于PC的存储器中,这将有助于医疗工作者开展康复评估、方案制定以及深入研究脑卒中后的神经康复机理等工作。另外,专为系统制定开发的两套步态训练控制策略,即被动步态训练位置控制和半主动步态训练轨迹自校正控制,可以满足不同康复时期下肢步态训练的不同要求,扩展了外骨骼的适用范围,提高了患者的康复效率与痊愈几率。此外,出于对人机安全和产业化等方面的考虑,改良设计加工而成的全新外骨骼机械结构具有轻便、舒适、可靠、安全等特点,其配合悬吊式减重器和医用跑台进行的下肢康复训练是一种对传统方法的崭新诠释。最后,基于各部分设计的理论思想,建立起了一套下肢康复医疗外骨骼原型系统,并在此系统上开展了一系列的基本功能实验和有正常人参与的模拟下肢康复训练测试实验,初步验证了外骨骼系统的功能性和可靠性,以及步态训练控制策略的可行性。 下肢康复医疗外骨骼原型系统样机的成功建立为日后在此方向上的深入研究提供了可靠的实验平台,并打下了初步的理论和实践基础。
【关键词】：外骨骼 下肢 康复 步态训练 控制策略
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH781
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 研究背景与意义10-13
• 1.2 课题研究现状13-17
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 课题研究难点17-19
• 1.4 本文研究内容19
• 1.5 本章小节19-21
• 2 下肢康复医疗外骨骼的控制系统设计21-36
• 2.1 引言21
• 2.2 控制系统结构框架21-22
• 2.3 控制系统硬件设计22-24
• 2.3.1 控制系统硬件设计原则22-23
• 2.3.2 控制系统硬件结构框架23-24
• 2.4 控制系统软件设计24-35
• 2.4.1 控制系统软件设计原则24-26
• 2.4.2 直流伺服电机驱动控制26-30
• 2.4.3 上位机用户界面30-32
• 2.4.4 步态训练数据采集32-33
• 2.4.5 患者康复训练数据库33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 下肢康复医疗外骨骼的步态训练控制方案研究36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 步态训练控制方案研究36-39
• 3.2.1 被动步态训练位置控制策略36-37
• 3.2.2 半主动步态训练轨迹自校正控制策略37-39
• 3.3 基于步态训练控制方案的步态规划39-48
• 3.3.1 被动步态训练位置控制的步态规划39-44
• 3.3.2 半主动步态训练轨迹自校正控制的步态规划44-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 下肢康复医疗外骨骼的原型系统实现50-76
• 4.1 引言50
• 4.2 外骨骼的结构改进设计及实现50-57
• 4.2.1 加工材料51
• 4.2.2 下肢杆尺寸调节结构51-52
• 4.2.3 关节转角安全限位结构52
• 4.2.4 外骨骼宽度调节机构52-53
• 4.2.5 驱动力检测机构53-55
• 4.2.6 缓冲机构55-57
• 4.3 外骨骼的控制系统实现57-67
• 4.3.1 控制系统硬件实现57-60
• 4.3.2 控制系统软件实现60-67
• 4.4 外骨骼的原型系统实验研究67-75
• 4.4.1 步态规划实验67-69
• 4.4.2 原型系统基本功能性实验69-71
• 4.4.3 原型系统正常人测试实验71-75
• 4.5 本章小结75-76
• 5 总结与展望76-78
• 5.1 总结76-77
• 5.2 展望77-78
• 参考文献78-81

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本文编号：443864