下肢外骨骼康复机器人系统协调控制的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331204012河北工业大学硕士学位论文下肢外骨骼康复机器人系统协调控制的研究论文作者：白民学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：刘更谦职称：教授资助基金项目：（必要时填写）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheDoctor/MasterDegreeofMechanicalEngineeringREASERCHONLOWERLIMBEXOSKELETOMREHABILITATIONR

2、OBOTSYSTEMCOORDINATEDCONTROLbyBaiMinSupervisor:Prof.LiuGengqianMarch2016ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.ZD200915.摘要下肢外骨骼康复机器人系统主要由跟随减重支撑系统、多模式训练平台系统、穿戴式下肢外骨骼机器人系统以及控制系统组成。作为此系统的机构组成部分，跟随减重支撑系统、多模式训练平台系统和下肢外骨骼机器人系统彼此衔接、相辅相成、缺一不可

3、共同构成了步行康复训练的基础。三部分间协调性能的高低直接关系到患者能否进行有效的康复训练。而且，协调能力不足不仅会导致康复训练不能有效进行，更有甚者可能会对康复训练的患者构成二次伤害。基于受训患者人身安全的保证以及康复训练的高效进行的考虑，三者间彼此的协调运动显得至关重要。本论文即是把三者之间的协调运动作为研究的核心内容，其主要内容包括以下方面：首先，通过分析下肢外骨骼机器人的国内外研究现状，特别是对系统协调控制/运动的研究现状进行分析与研究，并结合本课题康复训练的终极目的要求来提出下肢外骨骼康复机器人系统协调运动的必

4、要性及迫切需求。其次，分别对整个康复系统及其各子系统的结构及功能进行分析与研究。需要根据课题要求及相关的康复医理来确定各部分的结构原理及功能实现，建立各部分的控制原理或流程图，并需要进一步建立各子系统的模型和控制系统模型，为后续的协调运动搭建研究的平台。再次，在建立各部分模型的基础上对系统各部分间彼此的协调运动形式进行分析研究。需要解决下肢外骨骼康复机器人与多模式训练平台协调运动、跟随减重平台与下肢外骨骼机器人协调运动等所需要满足的条件，根据条件建立各部分的PID控制器模型，并应用Matlab进行仿真分析。最后，依据康

5、复训练过程中各部分协调运动调节的要求，应用加减速法拟合多模式训练平台与跟随减重平台位移、速度、加速度的函数方程，并进一步得到在系统协调运动的调节过程中各子系统的运动曲线。关键词：下肢外骨骼机器人，康复系统，协调控制，运动控制IABSTRACTInthispaper,thelowerlimbexoskeletonrehabilitationrobotincludesweightsupportsystem,multi-modetrainingplatform,wearinglowerexoskeletonrobotandt

6、hecontrolsystemandsoon.Thebodyweightsupportsystem,multi-modetrainingplatformandrehabilitationexoskeletonrobotarethemostimportantpartofthree.Theyarecomplementaryandindispensableeachother.Thecoordinatedcontrolbetweenthethreeofthemisespeciallyimportant.Ifcoordinati

7、onisnotsogood,itwillnotcarryouteffectivetraining,orevenconstitutetheseconddamagetotherehabilitationpatients.Itiscrucialtoconsideringthepatients’safetyandefficientlytraining.Sothisthesistakesthecoordinatedmotionbetweenthethreeasthecorecontent.Andthemaincontentsin

8、cludethefollowingaspects:Firstofall,throughtheanalysis,especiallythesystemscoordinatedcontrol/movement,oflowerextremityexoskeletonrobotatdomesticandforeignresearchsta