氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)腳踝康復(fù)機(jī)器人控制方法研究.pdf

1、氣動(dòng)肌肉是一種新型的柔性氣體驅(qū)動(dòng)器，它具有重量輕、輸出功率/自重比大、安全性好、價(jià)格低、清潔等優(yōu)點(diǎn)，并且其驅(qū)動(dòng)力與長度的輸出特性關(guān)系和人類肌肉比較類似，具有很好的順從性。由于上述的優(yōu)點(diǎn)，將氣動(dòng)肌肉應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)、仿生機(jī)器人等領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器的腳踝康復(fù)機(jī)器人，不僅能夠幫助腳踝損傷患者進(jìn)行精確的、有效的康復(fù)訓(xùn)練，而且能夠確?；颊哌M(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的安全性，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文研究的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)腳

2、踝康復(fù)機(jī)器人是一個(gè)非線性強(qiáng)、部分參數(shù)時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)，具有兩個(gè)自由度，存在一個(gè)冗余驅(qū)動(dòng)。基于該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了機(jī)器人的位置控制以及力控制方法，實(shí)現(xiàn)了患者腳踝康復(fù)訓(xùn)練的不同運(yùn)動(dòng)模式。本文的主要研究工作如下：
　　（1）根據(jù)氣動(dòng)肌肉的工作原理與特性，研究了氣動(dòng)肌肉的模型。在分析氣動(dòng)肌肉理想數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用遲滯模型建立了氣動(dòng)肌肉的實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，為機(jī)器人的實(shí)際控制做鋪墊；介紹了腳踝康復(fù)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分析了平臺(tái)的基本硬件組成與

3、工作原理，開發(fā)了機(jī)器人的上位機(jī)軟件控制系統(tǒng)；分析了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)知識(shí)。
　　（2）結(jié)合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，提出了腳踝康復(fù)機(jī)器人的位置控制方法，機(jī)器人按照預(yù)設(shè)的腳踝康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。位置控制采用模糊控制策略，加入了自調(diào)節(jié)機(jī)制，增強(qiáng)了控制器的適應(yīng)性；同時(shí)，將建立的氣動(dòng)肌肉實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型作為補(bǔ)償加入該控制器，克服了機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器位置控制中存在的滯后性，提高了控制的精確度。
　　（3）從踝關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)的需求出發(fā)，提出了腳踝康復(fù)機(jī)