步态训练机器人控制及实验研究

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1、哈尔滨T程大学硕+学何论文摘要将机器人辅助治疗技术引入到康复训练中，已经逐渐发展成为国内外热门课题之一。步态训练机器人属于康复机器人领域，可以模拟正常人在不同路况下的行走步态，帮助病人进行下肢康复训练。课题主要研究了机器人系统伺服控制技术，因此更具有实际应用意义。本文从国内外下肢康复训练机器人的发展现状及应用、机器人机构设计和控制模式等方面，分析了机器人辅助下肢运动功能康复的可行性和方法的实现，具体研究如下：本文依据步态训练机器人的应用对象和步态康复理论，确定了机器人的设计目标和控制系统方案。在实际测量步态轨迹的基础上，采用三次样条插值法进行了机器人三种基本步态的轨

2、迹规划，包括平地行走步态、上楼梯步态和下楼梯步态，并对三种步态进行了运动学仿真验证。应用MATLAB／Si．mMechanics进行了步态训练机器人的动力学分析，并在分析动力学数据、人体步态和系统非线性因素的基础上，确定了步态训练机器人的控制算法和策略，建立系统的控制模型，并进行了轨迹控制仿真研究。基于理论研究，利用dSPACE实时仿真平台进行了步态训练机器人的半物理仿真设计。将步态训练机器人系统引入控制回路，将位置初始化模型、限位保护模型、各种训练模式的控制模型等转化为Simulink与RTI联系的仿真模型，并令其成为相对独立的模块，确定各模块间的相互关系，同时对

3、关节伺服系统进行了模型辨识。此后，对正常人进行了机器人辅助训练的实验。分别对各种训练模式进行实验研究，并验证轨迹规划的合理性；实时调整控制参数，监测得到机器人系统的运动信息，对实验结果进行分析和评价，实验结果验证了系统控制方案的可行性和正确性。关键词：步态训练机器人；控制策略；半实物仿真；实验研究哈尔滨T程大学硕十学位论文AbstractThetherapytechnologyofrehabilitationaidedbyrobothasgraduallybecomeoneofthehottestsubjectsathomeandabroad．Gaittrainin

4、grobotbelongstorehabilitativerobot,andCall’simdate‘the·walking’gaitofnormalhumanondifferentroadconditionstohelppatientstakelowerlimbsrehabilitativetraining．Theprojectmainlyfocusedontheseryocontroltechnologyofgaittrainingrobot，andtheresearchispractical．Thispapersystematicallyoverviewsth

5、edevelopmentsituationandapplicationofthelowerlimbsrehabilitationrobot．Togetherwiththemechanismdesignandcontrolmode，itanalyzesthefeasibilityoftheaided—robotforlower-limb-motorrehabilitationandthewaytorealizeit．Theconcreteresearchesareasfollows：Accordingastheapplicationobjectsandgaitreha

6、bilitationtheory,thedesigntargetandthecontrolsystemschemewereconfirmed．Threekindsofgaitorbitstothisrobotwereplanedadoptingcubicsplinemethodbasedonthemeasuredorbits，includingnormalgait，upstairsgaitanddownstairsgait，andtheywerevalidatedthroughkinematicssimulation．DynamicsanalysisWascarry

7、outthroughMATLAB／SimMechanics，andthecontrolalgorithmandthestrategyofrehabilitationrobotwereconfirmedbasedontheanalysisofdynamicsdata,gaitsandsystemnonlinearity,andthecontrolmodelwasestablished，andthesimulationoftrajectorytrackingcontrolWascardedout．BasedonthedSPACEreal-timeplatform,T