下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人控制策略研究.pdf

1、本文針對(duì)腦卒中偏癱患者的下肢康復(fù)訓(xùn)練問題,以現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)理論、腦卒中患者肢體康復(fù)機(jī)理和方法為理論基礎(chǔ),對(duì)患者下肢康復(fù)訓(xùn)練的作用和效果進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究,并提出下肢康復(fù)機(jī)器人被動(dòng)、助力、主動(dòng)及抗阻康復(fù)訓(xùn)練模式。本文對(duì)下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃、被動(dòng)、主動(dòng)和抗阻康復(fù)訓(xùn)練模式的控制策略進(jìn)行分析仿真,具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)依據(jù)正常人髖、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)建立人體關(guān)節(jié)數(shù)學(xué)模型。將Brunnstromc與訓(xùn)練過(guò)程中下肢肌肉表面肌電信

2、號(hào)的變化相結(jié)合,規(guī)劃出對(duì)不同患者具有適用性、針對(duì)性的人體生理學(xué)訓(xùn)練步態(tài)。在VisualC++開發(fā)環(huán)境下獲取患者自身健康腿的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),并結(jié)合Matcom實(shí)現(xiàn)混合編程,可避免醫(yī)療師將數(shù)據(jù)提取再用Matlab進(jìn)行處理的過(guò)程,同時(shí)由于下肢具有的步態(tài)對(duì)稱性,可作為步態(tài)協(xié)調(diào)性康復(fù)訓(xùn)練的參考模型。本文的研究加深了對(duì)步態(tài)規(guī)劃方法的認(rèn)識(shí)與理解,也為康復(fù)訓(xùn)練臨床試驗(yàn)及尋求更穩(wěn)定合理的步態(tài)規(guī)劃提供了借鑒。
　　(2)為實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中控制的實(shí)時(shí)性

3、和高精度,消除系統(tǒng)中存在的未建模動(dòng)態(tài)、外部擾動(dòng)和非線性不確定性的影響,提出了采用兩個(gè)相互獨(dú)立控制器共同作用控制的方法,即基于標(biāo)稱模型的計(jì)算力矩控制器和變結(jié)構(gòu)魯棒自適應(yīng)補(bǔ)償控制器。補(bǔ)償控制器中加入了一個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)和非線性的阻尼項(xiàng)來(lái)抑制未建模動(dòng)態(tài)、外部有界擾動(dòng)和非線性不確定項(xiàng)的影響,設(shè)計(jì)的自適應(yīng)律通過(guò)在線更新系統(tǒng)的未知參數(shù),增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的魯棒性并保證系統(tǒng)達(dá)到全局漸近穩(wěn)定,利用Lyapunov穩(wěn)定性定理和仿真結(jié)果證明了該方法可行且有效。

4、>　　(3)針對(duì)下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的靈敏度放大控制需要精確逆動(dòng)力學(xué)模型的問題,通過(guò)Solidworks建立精確的三維實(shí)體模型,聯(lián)合Matlab/SimMechanics建立外骨骼的動(dòng)力學(xué)模型并實(shí)現(xiàn)仿真分析。將仿真后的輸入輸出數(shù)據(jù)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練并獲得的外骨骼逆動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,能夠保證靈敏度放大控制器的控制精度。采用靈敏度放大控制能夠減小患者的承受力矩,減小體能消耗,實(shí)現(xiàn)患者與外骨骼共同運(yùn)動(dòng)的同時(shí)采集到準(zhǔn)確的人體數(shù)據(jù)。通過(guò)調(diào)