基于柔性套索传动的上肢康复机器人控制系统研究

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1、分类号：TP242密级：公开UDC：621编号：201431204005河北工业大学硕士学位论文基于柔性套索传动的上肢康复机器人控制系统研究论文作者：邢新闯学生类别：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：刘瑞素职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONCONTROLSYSTEMOFUPPERREHABILITATION

2、ROBOTBASEDONFLEXIBLELASSOTRANSMISSIONByXingXinchuangSupervisor:Prof.LiuRuisuMay2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名

3、：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期河北工业大学硕士学位论文摘要康复医学指出：由于脑卒中等术后因中枢神经损伤导致的上肢运动功能障碍，为患者

4、日常生活带来了极大的影响。在中风后的一段时期内，丧失的行为能力通过及时恰当的康复训练可再次获得。随着机器人技术发展推广，康复医疗机器人研究应用也逐渐成为社会的焦点，康复训练机器人作为新的康复医学治疗手段为患者提供了有效地康复训练。西方发达国家在康复机器人领域已经取得了很大的成就，相比之下国内针对于康复机器人的研究起步较晚，投入使用的成果很少。本文通过实地调研国内大型医院康复中心的器械使用情况，得出目前大多城市里脑卒中患者的康复训练还处于传统的人工按摩治疗，仅存的医疗器械大都为简单机械，几乎没有智能康复设

5、备。基于这样的需求背景，基于第二代上肢康复机器人硬件平台针对控制系统展开深入研究。本课题针对基于柔性套索传动的上肢康复机器人，在现有样机的硬件基础上，主要研究机器人的控制系统。从现有的结构硬件和控制基础入手，对被动、主动和阻抗三种控制方法分别进行了研究，完成了基于主从控制系统的上下位机软件编写；采用LabVIEW软件应用G语言程序开发、完成了整个控制系统和人机交互系统的开发和集成。首先，完成了控制系统所需硬件的选取、设计和功能实现。在现有的控制策略基础以及硬件平台上，根据控制系统的需求，进一步完成了关键

6、硬件的选取，力数据放大滤波电路的设计，工作电路板的绘制、印刷以及焊接；完成单片机控制器软件的编写，实现了力数据的采集、步进电机的闭环控制等功能。为实现三种控制策略，打下了硬件和软件基础。其次，针对上肢康复机器人的三种控制策略进行了深入研究和实现。控制系统采用主从二级控制方案。利用LabVIEW软件应用G语言开发了上位机人机交互系统，第二级控制系统采用六个实现不同功能的单片机控制器。主从控制系统之间采用串口通讯分别实现了被动、阻抗和主动三种工作模式。最后基于LabVIEW软件开发的上位机控制系统进行了实验

7、验证。证明了上肢康复机器人控制系统的可行性和实用性，能够实现人机交互、功能控制、数据监测以及实时安全控制等功能。关键词：康复机器人上肢康复训练人机交互阻抗控制LabVIEWI河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTRehabilitationMedicinepointsout:Duetostrokeandotherpostoperativecentralnervoussysteminjurycausedbyupperlimbmotordysfunction,forpatientswithdailylif

8、ehasbroughtgreatimpact.Duringtheperiodafterastroke,thelostabilitytoexercisecanbere-acquiredbytimelyandappropriaterehabilitationtraining.Withthedevelopmentofrobottechnology,rehabilitationmedicalrobotresearchandapplicationha