康復下肢外骨骼協(xié)調控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，人口老齡化、交通事故及競技體育造成人體下肢運動功能障礙患者的數(shù)量逐漸增加。探索新的康復治療手段，是保證患者生存質量、減輕醫(yī)療資源緊張的當務之急。外骨骼機器人是一種穿戴在人體外部，為人體提供支撐、保護作用的機械裝置。本課題針對下肢運動障礙病情的不同階段，分別開發(fā)設計了下肢外骨骼康復、助力協(xié)調控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了外骨骼幫助人體進行康復訓練，助力行走的目的。
　　本文首先對人體下肢運動機理展開研究，對人體下肢運動障礙康復策略進行分析

2、，并通過設計測量下肢外骨骼機器人，采集人體穿戴外骨骼完成下肢典型運動時的關節(jié)軌跡。
　　隨后搭建了系統(tǒng)軟硬件平臺，其中包含外骨骼關節(jié)電機、驅動器選型、控制板硬件設計和傳感器硬件設計，下肢外骨骼控制算法軟件通過C語言實現(xiàn)。
　　在上述基礎上，展開對康復下肢外骨骼控制系統(tǒng)的研究。首先通過PID控制算法對測量得出的關節(jié)離線軌跡進行跟蹤。其次，提出基于人體對步態(tài)的排斥程度的關節(jié)軌跡規(guī)劃方法，完成了人體下肢同外骨骼機器人的協(xié)調控制，實

3、現(xiàn)了康復下肢外骨骼協(xié)助下肢運動障礙患者重新站立，平穩(wěn)、舒適地連續(xù)行走。最后設計關節(jié)位置控制模糊PID控制算法，改善了控制系統(tǒng)的帶寬。
　　最后，展開對助力下肢外骨骼控制系統(tǒng)的研究，通過對下肢外骨骼數(shù)學模型的推導，提出了基于模型的助力控制策略，詳細分析了外骨骼關節(jié)的系統(tǒng)內部阻抗，并通過采集步態(tài)周期中的人機接觸力，進一步實現(xiàn)了助力外骨骼關節(jié)輸出力矩的精確控制。助力下肢外骨骼在人體步行時提供助力，降低人體的能量消耗和減輕人體疲勞感。并且