下肢康复训练机器人设计与研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hefang1986
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康复机器人技术是近年来发展起来的一门新兴技术,是康复医学和机器人技术相结合的产物,经过几十年的发展已经取得了很多研究成果,一些相关产品已投入使用。国外对康复机器人的研究起步比较早,而我国在康复机器人领域的研究才刚刚起步,因此康复机器人的研究具有重要的现实意义和应用价值。本论文在吉林省发改委高技术产业发展项目“下肢康复训练机器人设计与研究”的支持下,对下肢康复训练机器人进行了设计与研究。首先,对国内外下肢康复训练机器人的相关研究及人体下肢运动障碍病因进行分析总结,并结合下肢康复运动理论和治疗方法对下肢康复训练机器人训练模式进行设定,同时总结下肢康复训练机器人的安全设计要求与机械结构设计要求及控制系统设计要求。基于踏车式结构对下肢康复训练机器人进行设计。通过分析人体下肢运动基础及模型参数,建立人机模型,在此基础上合理设计了满足适应不同身材患者进行训练需求的下肢康复训练机器人机械结构;根据控制系统要求对控制系统硬件进行选择与设计;分别对主、被动训练控制系统进行建模与系统性能分析,结合运动控制系统中非线性、时变性和工作环境干扰大等特点对其控制方法进行了研究;结合机器人运动控制系统自身特点,对模糊算法、模糊PID算法及强跟踪滤波进行了研究,保证了运动控制系统的稳定性和有效性。最后,进行仿真实验及试验验证。为了验证基于模糊PID/模糊算法结合强跟踪滤波环节设计的系统是否能满足系统控制要求,基于matlab软件对系统进行仿真;同时,基于LabVIEW软件设计下肢康复训练机器人训练人机交互界面,并详述了下肢康复训练机器人的操作过程;搭建了下肢康复训练机器人试验样机,并以此为基础,对下肢康复训练机器人进行了试验验证。试验结果表明,设计的下肢康复训练机器人控制误差小,重复性好,解决了下肢功能性障碍患者的康复训练问题。
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