下肢康复机器人主动训练研究与实现

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目下肢康复机器人主动训练研究与实现作者姓名卢浩学位类别工程硕士指导教师王洪波教授2016年5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）下肢康复机器人主动训练研究与实现硕士研究生：卢浩导师：王洪波教授副导师：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5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalEngineeringRESEARCHANDREALIZATIONONACTIVETRA

2、ININGOFALOWERLIMBREHABILITATIONROBOTbyLuHaoSupervisor:ProfessorWangHongboViceSupervisor:SeniorEngineerLuYunshanYanshanUniversityMay,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《下肢康复机器人主动训练研究与实现》，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

3、明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要脑卒中及肢体残障患者与日俱增，如何运用传统医疗方案结合现代科技技术以达到高效、精准、人性化恢复患者肢体运动功能是康复工作者研究和实践的重点。下肢康复机器人是一种有效节约医疗资源、降低医师劳动强度、提高患者生活质量的辅助康复训练设备；主动训练是充分利用康复机器人智能化人机交互功能，基于患者自主运动意图完成人机耦合运动实现患肢功能恢复的训练策略。首先，对运动康复理论临床常用治疗方法做出介绍，以此作为下肢康复机器人硬件平台主动训练的研究基础。随后对下肢康复机器人机械结构、传感系统做出分析，此部分是后续运动分析、信号处理的基

4、础。其次，基于力/力矩信号的主动训练首先构建考虑机构自平衡的人机一体化空载静力学模型，然后求得关节变量、空载力矩、实测力矩和患者末端施力之间的映射关系，随后根据阻尼控制策略完成末端施力和末端速度映射函数规划，之后根据运动学反解求出关节角速度并输送到驱动系统完成人机耦合运动，在此期间对传感器信号进行卡尔曼滤波并在训练过程中考虑人的情感因素。再次，基于表面肌电信号的主动训练首先选定影响关节运动的肌肉群并完成多通道表面肌电信号采集，然后利用离散指标对常用时域内特征量进行比较，找出对信号波动最为敏感的三个特征量做为最优特征量，之后利用最优特征量样本对BP神经网络进行训练同时以误差最小

5、原则确定最佳网络作为后续训练的动作辨识分类器，接着对对控制策略进行研究，并介绍了训练过程中的安全措施。最后，较详细介绍了下肢康复机器人硬件平台的主动训练实验，并介绍了本下肢康复机器人在河南某医院基于实际应用环境进行临床实验的情况，实验取得良好结果可以验证下肢康复机器人硬件平台自身和控制策略的可行性和稳定性。关键词：下肢康复机器人；主动训练；肌电信号；临床实验I燕山大学工程硕士学位论文AbstractHowtousethetraditionalmedicalschemecombiningmoderntechnologytoachieveefficient,accurateand

6、user-friendlyrecoveryoflimbmotorfunctionofpatientisthefocusofresearchandpractice,especiallyconsideringthestrokeandlimbdisabledpatientsgrowwitheachpassingday.Thelowerlimbrehabilitationrobotisakindofauxiliaryrehabilitationtrainingequipmenteffectivelysavemedicalresources,reducethelaborintensit

7、yofdoctorsandimprovethepatient'squalityoflife.Activetrainingisatrainingstrategyfortherecoveryoflimbfunction,whichmakesfulluseoftheintelligenthumancomputerinteractionfunctionoftherehabilitationrobot,andcompletestheman-machinecouplingmovementbasedonthepati