下肢康復機器人感知系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、隨著科學技術的不斷進步,機器人技術已經(jīng)進入到人們生產(chǎn)生活的方方面面。康復機器人作為機器人的一個重要分支,近年來也得到了很多的關注。本文的研究對象是康復機器人的感知系統(tǒng)。我們可以大膽的預言,在不久的將來,康復機器人會取代常規(guī)的運動康復手段,成為偏癱患者、腦卒中患者等運動功能障礙病人的福音。
　　本文從運動康復理論、感知系統(tǒng)軟硬件設計與實現(xiàn)和實驗三個方面入手,實現(xiàn)了包含觸點開關、編碼器、陀螺儀、加速度計、電子羅盤、壓力傳感器、肌電傳感

2、器的感知系統(tǒng),能為控制系統(tǒng)提供準確的反饋參考。本文的主要工作如下:
　　(1)對偏癱的機理和康復訓練方法做了詳細的研究。因為只有搞清楚了偏癱的癥狀和康復訓練的手段才能正確的設計康復機器人的結構,選擇合適的傳感器,實施正確的康復運動,從而達到更好的康復目的。
　　(2)根據(jù)第一部分的研究結果提出下肢康復機器人的設計要求,詳細介紹了下肢康復機器人機械結構、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的設計。
　　(3)感知系統(tǒng)的硬件和軟件

3、的設計與實現(xiàn)。硬件部分包括壓力傳感器、姿態(tài)傳感器、主控板的電路設計,傳感器和電機驅動器都被設置成CAN網(wǎng)絡節(jié)點。軟件部分包括實現(xiàn)壓力傳感器信號濾波處理;完成陀螺儀、加速度計和電子羅盤的輸出數(shù)據(jù)的信息融合,得到了康復機器人的姿態(tài)信息;傳感器節(jié)點與控制板的CAN總線通信,電機驅動器與主控板的CANopen通信。
　　(4)進行了基于肌電信號的主動康復訓練的研究。通過肌電傳感器采集的肌電信號經(jīng)過放大濾波等處理后,可以預先判斷出康復病人的

4、行走意圖,作為主動訓練的控制參照,分析了人體在站立不動和正常行走狀態(tài)下具體肌群的肌力。提出了一種下肢康復機器人主動訓練方法。
　　本文的創(chuàng)新之處在于將不同的傳感器和電機驅動器都設計和設置為 CAN節(jié)點,這樣大大提高了開發(fā)人員在后續(xù)工作中的靈活性和便利性。其中,靈活性主要體現(xiàn)在開發(fā)人員可以根據(jù)實際需求增加或者減少傳感器的種類和個數(shù),而不會對整個感知系統(tǒng)的完整性產(chǎn)生影響。便利性主要體現(xiàn)在統(tǒng)一了感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的通信方式,都使用CAN