下肢康复机器人的控制与虚拟现实技术研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目下肢康复机器人的控制与虚拟现实技术研究作者姓名许朋学位类别工程硕士指导教师李艳文教授2016年05月中图分类号：TP242.3学校代码：10216UDC：621密级：公开工程硕士学位论文(产品研发型)下肢康复机器人的控制与虚拟现实技术研究硕士研究生：许朋导师：李艳文教授副导师：卢云山高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所属学院：机械工程学院答辩日期：2016年05月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalEngineeringRESEARCHONCONTROLANDVIRTUALREALITY

2、TECHNOLOGYOFLOWERLIMBREHABILITATIONROBOTbyXuPengSupervisor:ProfessorLiYanwenViceSupervisor:SeniorEnginnerLuYunshanYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《下肢康复机器人的控制与虚拟现实技术研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法

3、律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《下肢康复机器人的控制与虚拟现实技术研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打―√‖)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

4、摘要摘要本文结合临床康复疗法的特点，针对实验室研发的下肢康复机器人设计开发了基于虚拟现实的下肢康复训练系统。该系统将传统的运动康复疗法参数化和定量化，并结合虚拟现实技术大大提高了康复训练的效率。首先，本文对康复机器人进行运动学和动力学分析，求解出康复机器人运动学正反解和单腿的拉格朗日动力学方程，根据运动学和动力学设计被动训练和主动训练的控制方案。被动训练是康复机器人带动患者完成设计好的训练动作，控制上主要是对机械腿末端进行轨迹规划，本文提出五种被动轨迹训练模式。主动训练要根据患者的主动意愿完成动作，为了准确获取患者运动意图，建立了人机结合的动力学方程。本系统为给患者设计更科学的康复训练方案，提

5、出基于层次分析法(AnalyticHierarchyProcess，简称AHP)的康复评价方法，该方法可以定量地对患者进行康复评价，方便医师对患者设定科学的训练方案。然后，结合虚拟现实技术设计出两个虚拟现实场景，配合康复机器人完成对患者的康复训练。基于虚拟现实的下肢康复训练系统，一方面可以减少康复医师的劳动强度，另一方面可以提高患者训练过程中的主观能动性，提高康复效率。为了方便医师集中管理患者训练情况，提出远程康复训练方案，医师通过主机可以集中对多名患者进行任务设定，并可以实时查看患者训练参数。最后，通过实验验证该训练系统的可行性。一方面要对规划轨迹进行验证，分析了规划轨迹的合理性和机械腿运行

6、的平稳性能。另一方面要对人机结合的主动训练进行实验，验证主动训练方案的正确性和合理性。还进行了基于虚拟现实训练系统的整体调试，验证康复主机和康复机器人、康复机器人和虚拟现实之间数据传输能力和同步性能。关键词：下肢康复机器人；轨迹规划；人机动力学；虚拟现实；远程康复训练；层次分析法I燕山大学工程硕士学位论文AbstractCombinedwiththecharacteristicsofclinicalrehabilitationtherapy,thepaperdesignsalowerlimbrehabilitationtrainingsystembasedonvirtualrealitytec

7、hnologyforthelowerlimbrehabilitationrobotwhichdesignedbyourlab.Thesystemmakestraditionalrehabilitationtherapyparametricandquantitative,andimprovetheefficiencyofrehabilitationtrainingwithvirtualreality