远程康复训练机器人系统的控制技术研究

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远程康复训练机器人的研制不仅有助于解决传统康复训练方法迫切需要解决的问题,而且可以帮助康复医师制定出更为客观的康复评价指标,从而为更加深入了解中枢神经康复规律提供了可能。但是,患者的病情千差万别,不同的患者有不同质量的患肢和不同的肌张力甚至可能发生肌肉痉挛,这些都将严重影响系统的稳定性、可操作性以及从手运动的平滑性,降低了康复训练效率。 为了解决这些问题,本文对远程康复训练机器人的患肢建模技术、远程康复训练机器人控制技术等关键技术进行了理论和实验研究。首先,基于偏瘫及其康复医学的相关理论,对远程康复训练机器人技术进行了分析,提出了远程康复机器人的设计原则。将传统遥操作控制方法应用于远程康复训练机器人系统,分析了患者的肌张力或痉挛对患肢运动、系统稳定性等的影响。然后,通过对远程康复训练机器人系统的结构和控制方法的分析,提出了一种新的控制结构,通过建立患肢动力学模型,深入分析了肌张力和肌肉痉挛在模型中的表现,并在此控制结构的基础上,提出了从端变参数的控制方法来改善系统的操作性能,解决了康复训练过程中不同肌张力带来的不利影响,并在从端变参数控制方法的基础上提出加入变增益力反馈系数的控制方法,解决康复训练过程中肌肉痉挛或阵挛对系统的稳定性及从手运动平滑性的不利影响,并对此做出了深入的理论分析和仿真实验验证。随后,根据患肢训练时力和位置等信息反馈,提出一种用解超定方程组的方法在线辨识患肢的动力学参数,实现了患肢动力学模型的在线辨识,为远程康复训练机器人系统的实时控制提供了较为准确的依据,同时进行了仿真实验验证。最后,对所提出的控制方法和在线辨识患肢动力学参数的方法进行了实物实验,验证了本文提出的各种方法的有效性,结果显示该远程康复训练机器人实验系统具有较广的适用性,可适用于具有不同质量患肢以及不同肌张力的患者,显示了该机器人系统具有较强的鲁棒性。通过康复训练机器人在实验中对正常人的实验,证明了该机器人系统用于远程康复训练的可行性,为以后的临床实验提供了坚实的基础。
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