下肢康复机器人控制系统的设计与研究

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1、分类号:TP39110710-2015132023硕士学位论文下肢康复机器人控制系统的设计与研究杜浩维导师姓名职称李登峰副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称检测技术与自动化装置论文提交日期2018年4月10日论文答辩日期2018年5月25日学位授予单位长安大学DesignandresearchoncontrolsystemofLower-LimbrehabilitationrobotAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DuHaoweiSupervisor：P

2、rof.LiDengfengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要近年来随着我国老龄化人口的增多，中风、脊椎损伤等引起的下肢运动功能性障碍患者数量也呈现出急剧增加的趋势，行走障碍严重影响了患者的生活和工作。传统的人工康复行走训练方法存在过程繁琐、训练效率低、康复周期长等问题，而采用机器人辅助的自主康复行走训练模式被公认为最佳的训练模式。为了解决传统人工康复行走训练方法问题，实现自主康复行走训练，本文根据SEMG（Surfaceelectromyography）信号反馈原理，对下肢康复机器人

3、控制系统进行研究。首先，论文对人体运动学、小波模极大值滤波、基于阈值法的初始行走时刻判断和基于SVM（SupportVectorMachine）的下肢动作分类等基础理论进行了论述；其次根据自主康复行走训练的具体需求，提出了总体控制设计方案；随后以STM32单片机为控制核心，设计了电源电路、信号采集、手柄控制、电机驱动等硬件模块；然后对信号预处理、特征值提取、行走初始时刻判断、下肢行走动作分类、驱动协调控制等软件模块进行了设计；最后完成了基于SEMG信号反馈的下肢康复机器人控制系统设计，实现了下肢康复机器人和下肢动作

4、的协调配合。在实验验证阶段，本文选取五名受试者参与系统测试实验，通过下肢动作样本训练及测试，系统的动作识别率能够达到90%以上，满足了设计要求。同时本系统也可以通过采集SEMG信号，输出识别结果，实时控制各种实物，提高了系统的实用性，为康复工程、运动医学和人机交互等研究提供了一种可靠的运动信息捕获方法。关键词：下肢康复机器人，SEMG，阈值法，SVM，PIDIAbstractInrecentyears,withtheincreaseoftheagingpopulationinChina,thenumberofpat

5、ientswithlowerextremitymotordysfunctioncausedbystrokeandspinalcordinjuryhasalsoshownasharpincreasingtrend,thewalkingobstaclehasseriouslyaffectedthepatient'slifeandwork.Thetraditionalartificialrehabilitationwalkingtrainingmethodhassomeproblemssuchascomplicatedp

6、rocess,lowtrainingefficiencyandlongrecoveryperiod,andtheautonomousrehabilitationwalkingtrainingmodeassistedbyrobotisrecognizedasthebesttrainingmode.Inordertosolvetheproblemoftraditionalartificialrehabilitationwalkingtrainingmethodandrealizeself-rehabilitationw

7、alkingtraining,thispaperstudiesthecontrolsystemoflowerlimbrehabilitationrobotaccordingtothesignalfeedbackprincipleofSurfaceelectromyography(SEMG).Firstly,thebasictheoriesofhumankinematics,waveletmodemaximalfilter,initialwalkingtimejudgmentbasedonthresholdmetho

8、dandlowerlimbmotionclassificationbasedonSupportVectorMachine(SVM)arediscussedinthispaper;Secondly,accordingtothespecificneedsofautonomousrehabilitationwalkingtraining,theoverallcon