面向偏瘫患者的步态康复训练机器人控制方法研究

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1、分类号：TP242.3密级：UDC：621编号：201321202096硕士学位论文面向偏瘫患者的步态康复训练机器人控制方法研究论文作者：高智伟学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：机械工程指导教师：李铁军职称：教授资助基金项目：青年科学基金项目——面向偏瘫的下肢康复机器人人机合作康复原理与方法研究（61105104）DissertationSubmittedforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONCONTROLMETHODOFGAITREHABILITATIONROBOTFORHEMIPLEGIAbyGaoZhiweiSup

2、ervisor:Prof.LiTiejunMarch2016ThisworkissupportedbytheYouthScienceFoundationofChina.No.61105104.摘要随着人口老龄化速度加快，由心脑血管疾病和神经系统疾病以及工伤、自然灾害等因素导致的偏瘫患者急剧增加，但我国康复专业技术人员缺口较大。此外，传统康复医疗存在诸多缺陷。因此研制人性化智能康复机器人提高偏瘫患者生活质量、减轻患者家庭负担不仅具有重要的学术意义，同时具有重要的社会意义。在总结了国内外下肢康复机器人以及相关领域的研究现状基础之上，提出针对偏瘫患者实现其个性化特征步态的康复训练机器人控制方案，改变

3、一味以标准步态进行康复训练的现状。同时针对具有一定运动能力但无法完成完整行走动作的患者,提出通过检测患者运动能力并自动进行康复策略切换的控制方案。设计了偏瘫患者健肢步态信息实时采集系统。在偏瘫患者健肢侧张贴标识，训练时通过摄像头对患者健肢进行实时图像采集，经图像处理后建立具有患者个性化特征的步态信息。针对不同康复阶段患者的不同需求设计了相应的康复策略。当偏瘫患者患肢没有运动能力时，采用被动康复策略，由下肢外骨骼带动患者患肢进行完整周期的步行运动。偏瘫患者能自主运动时，采用半主动康复训练，下肢外骨骼跟随患者患肢运动。控制系统根据患肢与下肢外骨骼之间的相互作用力,判断患者是否具有主动运动能力，进而

4、在控制策略之间进行切换，满足患者训练需求。基于对步态康复训练机器人运动学与动力学的研究，针对不同康复策略设计了相应的控制方案。被动康复策略下主要解决非线性时变系统的轨迹跟踪问题，采用了智能控制中的模糊控制方法；半主动控制策略主要解决人机交互问题，采用了力／位控制中基于位置的阻抗控制算法。搭建了步态康复训练机器人实验系统，编写了多线程交互控制程序，对健肢步态数据采集进行了实验研究、对被动康复训练模式下利用模糊控制实现非线性时变系统的轨迹跟踪进行了实验研究，对半主动康复训练模式下利用阻抗控制实现力/位控制进行了实验。验证了控制系统的稳定性与各控制策略的正确性。关键词：康复机器人；步态；视觉信息；被

5、动控制；半主动控制IABSTRACTWiththeaccelerationoftheagingpopulation,thenumberofhemiplegiapatientscausedbyCCVd,nervoussystemdisease,injuryon-the-jobandsoonissharpincreased,buttherehabilitationtechniciansareseriouslylacked.Inaddition,traditionalrehabilitationhaslotsofdisadvantages.Soresearchinggaitrehabilitatio

6、nrobotcanincreasethequalityofpatients’life,reducethepatients’familyburden,hasgreatacademicvalueandsocialsignificance.Basedontheanalysisofresearchstatusoflowerlimbsrehabilitationrobots,proposethecontrolschemeforpatientswithhemiplegiatocompletethepersonalizedgait.Changedthesituationwitchusethestandard

7、gaittotrainpatients.Proposedacontrolschemeforthepatientsthathavepartabilityofwalkingbutcan’tcompletegaitwitchcanswitchtherehabilitationstrategiesthroughdetecttheabilityofwalking.DesigntheReal-timeData