下肢康复机器人的设计及控制策略研究

《下肢康复机器人的设计及控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文下肢康复机器人的设计及控制策略研究RESEARCHONDESIGNANDCONTROLSTRATEGYOFTHELOWERLIMBREHABILITATIONROBOTS李晓飞哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：621.865.8密级：公开工学硕士学位论文下肢康复机器人的设计及控制策略研究硕士研究生：李晓飞导师：郑淑涛副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TP242.3Schoolcode:10213U.D.C:621.865.8Securityclassification:publicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDESIGNANDCONTROLSTRATEGYOFTHELOWERLIMBREHABILITATIONROBOTSCandidate：LiXiaofeiSupervisor：AssociateProf.ZhengShutaoAcademicDegreeAppliedfor：Mastero

3、fEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要下肢康复机器人是一种新兴的机器人，用于帮助具有运动障碍的患者完成康复训练。随着脑卒中等脑血管疾病发病率的逐年增高，由此造成的具有下肢运动障碍的人数逐年增多，同时康复

4、机器人的疗效不断得到证实，下肢康复机器人引起了社会的高度关注。本文从结构设计和控制策略出发，设计了一款坐卧式下肢康复机器人，本文主要完成的工作如下：首先进行了运动疗法的机理研究，证明了机器人帮助恢复运动能力的可行性。根据人体下肢运动机理及参数，制定了机器人的设计要求，包括自由度和身高兼容性要求。根据设计要求，设计了一款单腿具有3个自由度的下肢康复机器人，并且使用螺母固定、丝杠转动并移动的形式作为长度调节机构，完成了电机缸选型等工作，最终完成机器人原型机的搭建。完成了下肢康复机器人运动学正解和反解模型的建立，其中在运动学正解分析中

5、使用了D-H法，得到了机器人足端的运动空间，为机器人的使用空间提供了理论依据，并利用MATLAB和ADAMS仿真验证了模型的正确性。运用拉格朗日法建立了人-机系统的动力学模型，使用ADAMS进行仿真分析，验证了模型的正确性。运动学和动力学分析为关节轨迹规划和控制策略研究提供了理论基础。对下肢康复机器人进行控制策略研究，包括被动训练和主动训练中的控制策略。在被动训练阶段，使用了基于计算力矩的控制方法，实现轨迹跟踪，考虑到系统的建模误差和不确定干扰，设计了自适应鲁棒控制器，用李雅普诺夫法证明了稳定性，并通过仿真验证了算法的有效性。在

6、主动康复阶段，使用阻抗控制现实了恒值力跟踪，通过MATLAB和ADAMS联合仿真验证了算法的可行性，得到阻抗参数对系统的影响。完成下肢康复机器人实验系统的搭建，进行控制系统的软/硬件系统的设计和测试。通过OpenSim软件得到正常行走时步态数据，通过MATLAB曲线拟合得到步态曲线。在此基础上进行了轨迹跟踪实验以及阻抗控制实验，证明了机器人结构设计的合理性和控制方法的可行性，达到了预期要求。关键词：下肢康复机器人；康复训练；自适应鲁棒控制；阻抗控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLowerlimbrehabili

7、tationrobotisaproducttohelpthepatientswhohavemovementdisordercausedbytheneurologicaldisorderssuchasstroketoregainmovementability.Theincidenceofcerebrovasculardiseasessuchasstrokeincreasedyearbyyear,whichleadstotheincreasingnumberofpeoplewithlowerlimbmovementdisorders

8、.Atthesametime,thecurativeeffectofrehabilitationrobothasbeenconfirmed,andthelowerlimbrehabilitationrobothasattractedhighattentionof