面向偏瘫的步态康复训练机器人原地步行系统研究

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1、分类号：TP24密级：UDC：编号：14-080200-90M河北工业大学硕士学位论文面向偏瘫的步态康复训练机器人原地步行系统研究论文作者：金磊磊学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：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）万方数据万方数据DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofHereIsTheSubjectorSpecialty

2、YouEngageRESEARCHINSUITWALKINGSYSTEMOFGAITREHABILITATIONTRAININGROBOTFORHEMIPLEINbyJinLeileiSupervisor:Prof.LiTiejunMarch2014ThisworkissupportedbytheYouthScienceFoundationofChina.No.61105104.万方数据万方数据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

3、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：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。

4、（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：万方数据万方数据摘要康复训练机器人技术是近年来发展起来的一门新兴技术，是机器人技术在医学领域的新应用。下肢康复训练机器人是其中的一种，它可以模拟正常人的行走姿态，对下肢有运动障碍的病人进行康复治疗。本课题以偏瘫患者键肢为研究对象，研发出一种面向偏瘫的步态康复训练机器人原地步行系统机械结构，并提出人机协作的控制策略。根据正常人行走过程中的特点，在分析国内外下肢康复机器人存在不足的基础上，本文首先提出了原地步行系统总体设计方案，采用模块化设计方法完成原地

5、步行系统各功能模块的结构设计。在设计的机器人机械结构基础上，对原地步行控制系统进行了设计。其次，对人体下肢进行了运动学分析，确定了足部末端的位姿状态。最后，对人体足底反力进行了研究，从而确定了人体足底反力与位姿状态之间的关系。在原地步行系统整体结构确定的基础上，依据正常人行走规律，本文提出一种基于患者意向运动的人机协作康复策略。该策略由人体重力补偿控制策略和人体足底反力控制策略组成。人体重力补偿控制系统采用交流伺服电机作为驱动装置，运用模糊控制算法，依据压力传感器数据实现对重力补偿系统的控制。人体足底反力控制系统采用磁流变阻尼器

6、来实现，通过下肢各个关节电位器的运动参数，进行运动学正解确定足部位姿角度，使下位机输出相应电流来控制磁流变阻尼器输出足底反力的大小。同时根据位姿角度和下肢运动方向来确定重力补偿控制系统和人体足底反力控制系统的工作时序。本文研制开发出面向偏瘫的步态康复训练机器人原地步行系统样机，并构建实验环境，在C++环境下编写了相应的数据采集和控制的程序并进行实验验证。实验结果表明，下肢康复机器人原地步行系统结构设计合理，能够实现预定的功能，可以顺利地完成正常人的行走规律，一定程度上提高了康复训练效果。关键字：原地步行系统磁流变阻尼器重力补偿足

7、底反力模糊控制I万方数据ABSTRACTRehabilitationRoboticsisanewtechnologythathasbeendevelopedrapidlyinrecentyears,thatrepresentstherobotsapplicationsinthemedicalfield.Lowerlimbrehabilitationrobotisonekindofreharobot.Lowerlimbrehabilitationrobotcansimulatethemotionofnormalhuman’swal

8、kinggestureandgivethepatientsrehabilitativetrainingtohelpthemrecoverfromillness.AsthestudyfortheKeylimbhemiplegia，thispaperfocuseso