下肢康复训练主从控制系统研究

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近年来,人体运动功能障碍——因为脊柱损伤、脑卒、意外事故伤害等而造成人体的神经受损——已逐渐成为一种常见的疾病。因而,直接造成了康复理疗师工作压力的提升和人员的短缺。随着近年来经济与科技的发展,利用自动化系统来帮助患者康复成为了国内外康复训练设备发展的主流。康复训练机器人,结合机器人学与康复医学理论设计,既减轻了康复理疗人员的劳动强度,又提升了康复训练效率。但是,当前下肢康复训练机器人,在早期被动康复训练时,多采用预编程模式,患者康复训练时必须遵循一个单一的、预先存储进康复设备中的运动曲线进行训练;且由于编程的原因,阻碍了理疗师的使用灵活性,不利于理疗师有针对性地修改训练方案。  本文研究了一种主从式下肢康复训练机器人,通过主从控制方式,采用简洁的直接示教与再现,替代繁琐的参数修改和康复运动曲线规划。目的是让主从式康复训练机器人应该成为康复理疗师的助手,而不是理疗师的替代品。本文首先对人体下肢关节结构和行走步态进行了分析,结合康复训练设备的使用要求,选取了合适的驱动方式,完成了总体方案的设计。参照总体方案的性能要求,分别进行了主、从设备机械结构设计、驱动方案设计和控制系统设计。根据设计方案进行了零件加工、硬件选型,并装配搭建了下肢康复训练主从控制系统的实验样机。经过调试后,对实验样机进行了一系列实验,并对实验数据进行分析。  对实验样机进行的相关实验证明,机构部分性能符合设计要求,示教与再现方式具有较好的步态控制效果。主从式下肢康复训练机器人在早期被动康复训练阶段具有可行性。
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