一种肢体协调康复机器人的设计与控制

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangzhanglu
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国内老龄化以及心脑血管等疾病导致的肢体偏瘫逐年增加,而传统康复师一对一的治疗方案不仅需要大量的康复医师,而且康复效率低、精确性差;针对目前市面上康复机器人训练位姿单一等问题,本文根据不同康复期患者对不同位姿和肢体协调性训练的需求,研制了一款肢体协调康复机器人,主要工作内容如下:首先,通过康复医学知识的分析和人体运动规律的探索,确定了康复机器人的设计标准。为满足患者康复后期行走的肢体协调性,配合下肢的康复训练方案设计了上肢的康复训练机构,通过上下肢的联动来锻炼患者肢体的协调性。为满足不同康复期的患者康复需求,设计多位姿的调整机构。其次,建立人机模型,基于人机模型进行了运动学分析与动力学分析,从理论上证明康复机器人设计的合理性,为康复机器人的控制系统搭建与轨迹规划奠定理论基础。然后,康复机器人的主被动两种主要训练模式分析各自的控制策略。然后根据探索的人体运动规律,规划康复机器人的训练轨迹,并通过MATLAB对规划的轨迹进行仿真分析。再者,进行康复机器人的控制系统硬件平台的搭建,硬件系统设计重点内容包括微控制器最小系统电路、无线通信模块和电机驱动接口等电路。选择适合的伺服电机与电机伺服驱动器,通过嵌入式控制系统与驱动器和电机的连接以及调试,从而搭建康复机器人的控制系统的硬件平台。最后,进行康复机器人的样机上下肢轨迹验证实验,通过实验采集了运动轨迹、关节角度、肌电信号等数据。通过轨迹与关节角度实验数据的分析验证了康复机器人机构设计的正确性,通过对主被动控制系统的交互力和稳定性的分析验证康复机器人控制系统设计的合理性。通过对肢体主要肌肉群体的肌电信号进行分析验证了康复机器人具有良好的康复效果。
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