基于ARM的下肢康复训练机器人控制系统的设计

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1、分类号：TP273单位代码：10110学号：S1507023基M于中北大学RA全日制工程硕士学位论文的下肢康基于ARM的下肢康复训练机器人复训练控制系统的设计机器人控制系统的设计李硕士研究生李彩凤彩校内指导教师杨风凤校外指导教师严孟仁中所在领域控制工程北大学2018年5月25日图书分类号TP273密级非密注1UDC659.6全日制工程硕士学位论文基于ARM的下肢康复训练机器人控制系统的设计李彩凤校内指导教师（姓名、职称）杨风教授校外指导教师（姓名、职称）严孟仁高工申请学位级别工程硕士所在领域（研究方

2、向）控制工程论文提交日期2018年6月1日论文答辩日期2018年5月26日学位授予日期________年______月______日论文评阅人续欣莹任一峰答辩委员会主席王晓凯2018年5月25日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论

3、文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文基于ARM的下肢康复训练机器人控制系统的设计摘要目前，老龄化问题在许多国家都受到了广泛

4、的关注，与此同时，由于中枢神经系统受损造成的肢体运动障碍对他们的日常生活造成极大的影响。实验表明，通过有目的、科学、重复性的训练可以提高自身的可塑性。传统的康复器材结构复杂、训练模式单一、成本高昂，康复训练中的各种参数无法准确地测定出来。所以有必要将传统的医学康复理论与先进的传感器技术、机器人技术、控制理论相结合。本论文设计了一种用于膝关节被动训练的下肢康复训练装置，实现了多平台、多种训练模式的控制，主要内容有：分析下肢康复训练机器人的设计要求，对各元器件选型，然后制定系统整体方案，应用拉格朗日法建

5、立了人机系统动力学模型，结合MATLAB/Simulink仿真分析，通过构建相应的控制系统仿真模型，研究参数自适应模糊PID算法实现的受试者运动轨迹跟踪控制，对比常规PID分析其控制效果和性能。给出了详细的软硬件设计。ARM微控制器STM32F407作为硬件设计的基础，模块化设计电源、人机交互、MCU最小系统、数据采集、数据通信和存储等相关模块电路。实现了包含触点开关、编码器、姿态传感器、压力传感器的感知系统，可以客观实时地对患者的训练数据进行详细的显示记录，为控制系统提供准确的反馈参考。层次化设计

6、控制系统软件，移植嵌入式实时操作系统uCOSIII；设计相关底层硬件的驱动程序；结合STemWin等中间件，研究GUI图形库STemWin在控制系统设计中的移植与应用，设计了电机控制、数据通信和人机交互等应用层任务，以及智能Android手机接收WiFi模块无线通信发送的数据，实现APP终端的远程控制。经测试，该下肢康复训练机器人达到了预期效果。关键词:ARM，下肢康复训练，伺服系统，模糊自适应PID，人机交互中北大学学位论文DesignofLowerLimbsRehabilitationTrain

7、ingRobotControlSystemBasedonARMAbstractAtpresent,theproblemofaginghasbeenwidelyconcernedinmanycountries.Atthesametime,thedisturbanceoflimbmovementcausedbythedamageofthecentralnervoussystemhasagreatinfluenceontheirdailylife.Experimentsshowthattrainingca

8、nimproveplasticitybypurposeful,scientificandrepetitivetraining.Thetraditionalrehabilitationequipmenthascomplexstructure,singletrainingmodeandhighcost.Variousparametersinrehabilitationtrainingcannotbeaccuratelymeasured.Soitisnecessarytoc