【摘 要】
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在我国人口老龄化的背景下,因脑卒中而导致的下肢功能障碍的患者急剧增加。能够高效的为患者提供康复训练的下肢康复机器人已成为了研究热点。本文提出了一种能够为患者提供多关节训练的下肢康复机器人,并且提出了一种基于RGB-D相机的测量关节活动度的方法,为下肢康复机器人安全训练范围的设定提供了重要的依据。首先,本文对人体的下肢结构进行了分析,提出了下肢康复机器人的具体设计要求。然后对下肢康复机器人进行了机构
【基金项目】
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国家重点研发计划智能机器人专项“脊髓损伤康复机器人研制与应用示范”（2019YFB1312500）； 孙利,王洪波,马岩,等.智能康复机器人系统研究,河北省科技计划项目,项目编号:19211820D； 程淑红,王洪波,刘飞,等.穿戴式腰部康复柔性外骨骼机器人创新产品研发,河北省重点研发计划.项目编号:20371801D；
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在我国人口老龄化的背景下,因脑卒中而导致的下肢功能障碍的患者急剧增加。能够高效的为患者提供康复训练的下肢康复机器人已成为了研究热点。本文提出了一种能够为患者提供多关节训练的下肢康复机器人,并且提出了一种基于RGB-D相机的测量关节活动度的方法,为下肢康复机器人安全训练范围的设定提供了重要的依据。首先,本文对人体的下肢结构进行了分析,提出了下肢康复机器人的具体设计要求。然后对下肢康复机器人进行了机构设计,能够实现髋关节在矢状面和冠状面的运动、膝关节在矢状面的运动以及踝关节的跟随运动。其次,对下肢康复机器人进行了运动学正反解计算,求解了机构的速度雅可比,并为机器人设计了直线路径与圆周路径。为了保证所设计轨迹在时间上的平滑,对其进行了规划。为了提高机器人在操作空间中轨迹跟随的准确性,设计了PD交叉耦合控制器,并通过仿真验证了其较PD控制器的优越性。再次,对RGB-D相机的原理进行了分析,建立了相机坐标系和图像中的像素坐标系的转化关系。然后在人体和康复机器人上进行标记,采用RGB-D相机进行图像采集。采用阈值分割法及Hough变换原理对图片进行处理。之后通过分析处理得到的图片数据得出髋关节、膝关节在矢状面的活动度以及髋关节在冠状面的活动度。结合所获得的各关节的关节活动度,进行了康复机器人运动范围的确定。最后,验证了基于RGB-D相机的关节活动测量方法的有效性,并完成了下肢康复机器人样机的搭建。设计了样机的电气控制系统,对样机的软件控制逻辑进行了分析。结合所搭建的样机对所规划的直线轨迹进行了跟踪实验,对所设计康复机器人的跟踪性能进行了验证。
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