可穿戴式下肢康復機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、下肢康復機器人是近年來國內(nèi)興起的一項研究熱點，其是一種人機耦合裝置，主要用來幫助偏癱患者或者下肢受傷者進行康復訓練，恢復肢體的運動能力。控制系統(tǒng)是下肢康復機器人研究的重要內(nèi)容，其性能與可靠性會直接影響康復機器人的康復效果?？祻蜋C器人的控制系統(tǒng)仿真平臺對康復機器人的研究有著重要的作用。
　　作為項目組下肢康復機器人設(shè)計的一部分，本文對簡化的人體模型——五連桿模型進行了運動學動力學分析，重點對執(zhí)行機構(gòu)選取及驗證、控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了深

2、入研究。首先，根據(jù)人體步態(tài)實驗得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，對起立、下蹲以及行走三種狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的位置進行了擬合，將得到的曲線作為動力學分析及控制系統(tǒng)的輸入；然后，對人和外骨骼組成的系統(tǒng)進行了運動學動力學分析，并在動力學分析的基礎(chǔ)上，計算得到下肢不同部分在運動時的角速度、角加速度和所需力矩，作為執(zhí)行機構(gòu)的選型依據(jù)；之后，建立了電機的數(shù)學模型，對電機進行空載的和負載的位置控制仿真，驗證了電機的性能；最后，建立了完整的基于位置控制的控制系統(tǒng)模型

3、，分別對起立模式、下蹲模式和行走模式進行位置控制仿真，并對所設(shè)計的控制器在各個運動模式下是否能夠滿足需求進行了分析驗證，確定了 PID參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍；此外，在主控板上實現(xiàn)了所設(shè)計的控制算法。
　　本文根據(jù)對人體簡化模型的運動學動力學分析，完成了執(zhí)行機構(gòu)選型與驗證，建立了下肢康復機器人控制系統(tǒng)的對象模型，并根據(jù)該對象模型的特點設(shè)計了相應(yīng)的 PID控制器，使下肢康復機器人能夠按照人體運動規(guī)律進行運動，并帶動患肢運動，從而達到康復訓練的