融合功能性电刺激的下肢外骨骼机器人协同控制研究

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1、上海交通大学硕士学位论文融合功能性电刺激的下肢外骨骼机器人协同控制研究硕士研究生：任勇学号：1120209308导师：张定国副教授副导师：无申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSynergeticControlofHybridFES-ExoskeletonSystemsforLowerLimbsCandidate

2、：YongRenStudentID:1120209308Supervisor：A/Prof.DingguoZhangAssistantSupervisor:N/AAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：January,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJ

3、iaoTongUniversity上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《融合功能性电刺激的下肢外骨骼机器人协同控制研宄》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。曰期：年上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交

4、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密X。(请在以上方框内打“V”)学位论文作者签名:指导教师签名日期：年/月y日日期年/月上海交通大学硕士学位论文融合功能性电刺激的下肢外骨骼机器人协同控制研究摘要对于由脊髓损伤或脑卒中等疾病所造成瘫痪的病人而言，运动康复治疗非常重要，可以促进中枢神经系统的可塑性修复。目前，高级的运动康复系统主要分

5、为两种，即功能性电刺激和外骨骼康复机器人。虽然功能性电刺激和外骨骼康复机器人在运动康复领域都有成功的应用实例，并且两者都有一些商业化的产品，但是两者固有的一些缺陷使其难以达到满意的康复效果。近年来，融合这两种技术的混合式康复系统逐渐成为康复工程领域研究的热点。本文针对下肢混合式康复系统的应用要求，提出了协同控制方法，并通过仿真和实验的手段进行了验证。该协同控制方法旨在协调功能性电刺激和外骨骼机器人产生力矩的分配。该方法利用中枢模式发生器（CPG）产生功能性电刺激和外骨骼的运动参考轨迹，并调整其相位差来保持两种辅助技术相互

6、协调。此外，本文还搭建了膝关节混合式康复系统实验平台，使用串联弹性驱动器实现了稳定的力矩控制。基于该平台，设计了合理的实验范式，在健康受试者和瘫痪患者身上进行了评估实验，通过对实验数据进行分析表明膝关节混合式康复系统在协同控制的调节下能够平衡功能性电刺激和外骨骼的辅助作用。针对下肢单自由度和两自由度的理论仿真和实验结果都证明了将功能性电刺激和外骨骼机器人融合的可行性及优越性，为将来的临床实验打下了坚实的基础。关键词：康复系统、功能性电刺激、外骨骼机器人、中枢模式发生器、协同控制I摘要SYNERGETICCONTROLOF

7、HYBRIDFES-EXOSKELETONSYSTEMSFORLOWERLIMBSABSTRACTMotorrehabilitationiscrucialtoparalyzedpatientscausedbyspinalcordinjuryandstroke,whichcanenhanceplasticrecoveryofthecentralnervoussystem.Atpresent,advancedrehabilitationsystemsmainlyincludetwokindsoftechnologies,i.

8、e.,functionalelectricalstimulation(FES)androboticexoskeletons.EventhoughFESandroboticexoskeletonsbothhavesuccessfulapplicationsandevencommercialproducts,somein