基于嵌入式系统的下肢外骨骼机器人控制系统设计

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1、硕士学位论文基于嵌入式系统的下肢外骨骼机器人控制系统设计作者姓名管政学科专业控制理论与控制工程校内指导教师苏春翌教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2016年5月DesignofControlSystemoftheLowerLimbExoskeletonRobotBasedonEmbeddedSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GuanZhengSupervisor：Prof.SuChunyiSouthChinaUniversit

2、yofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：201320112170华南理工大学硕士学位论文基于嵌入式系统的下肢外骨骼机器人控制系统设计作者姓名：管政指导教师姓名、职称：苏春翌教授申请学位级别：硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：智能医疗器械论文提交日期：2016年5月4日论文答辩日期：2016年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：黄庆华委员：苏春翌李智军宋嵘华南理工大学学位论文原创性声明＼本人郑重声

3、明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进巧研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。本人完全意识到本声明的，均己在文中明确方式标明法律后果由本人承担。作者签名：售改日期；么Ｗ辟作之日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，艮Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和

4、电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可Ｗ公布学位论文的全＞部或部分内容，可１＾１允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位一论文致。。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。；口尔保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览（光盘版）电子杂志；同意将本人学位论文提交中国学术期刊社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。＂＂请在Ｗ上相应方框内打Ｖ（）

5、作者签名：營夜游日期：之。而心指导教师签名：命曰期：义？，（＾．６．之作者联系电话：电子邮箱：联系地址（含邮编）：摘要下肢外骨骼机器人是一种帮助偏瘫患者逐步恢复和重建行走能力的机器人，是机器人技术应用于医学领域的新产物。下肢外骨骼机器人可以解决传统康复技术所带来的弊端，拥有康复过程多样化、程序化等优点，并且可以记录详实的步态等康复数据，易于评价患者的行走康复水平。本课题自主研发的下肢外骨骼机器人是一套便捷的可穿戴可控机器人系统，它集嵌入式技术、机器人控制学和仿生学一体。本文以下肢外骨骼机器人为

6、研究对象，采用手持控制器作为上位机、主控制器作为下位机的主从式结构控制系统设计方案，为用户提供友好的操作体验的同时实现优越的控制性能。手控器和主控器都采用运算性能和图形处理性能优越的ARM9系列S3C2416作为核心处理器，再添加外围电源电路、RS-232串口通信电路、网络通信电路以及矩阵键盘电路等，构成控制系统的硬件平台。为了保障手控器的控制命令能快速准确地发送给机器人，设计了主控制器与手控器、主控制器与机器人两部分通信协议，数据以固定的格式进行传送，同时设计了抗干扰机制来提高通信的稳定性和可靠性。主控制器是面向外

7、骨骼机器人，软件部分采用多线程嵌套有限状态机的复合式程序架构，前台主程序完成系统信息查询、数据更新、判断机器人安全状态等，后台线程嵌套有限状态机实现手动操作、自动操作和参数配置三种工作模式保障机器人安全有序进行康复训练。手控器面向用户，开发了基于嵌入式WinCE系统和Android系统两款应用程序，都具有简洁、友好和具有引导功能的人机界面，能实现权限管理、操作管理、参数配置、程序示教、状态信息监控和异常告警功能，提升了用户操作体验。最后，通过控制系统测试验证了系统的有效性和可靠性。关键词：下肢外骨骼机器人；控制系统；

8、手控器；主控制器；嵌入式系统IAbstractLowerlimbexoskeletonrobotbelongstoatypeofrobotwhichiscommittedtohelpingpeoplewithdisabilitiestorehabilitateandregaintheabilityofwalking.Itisalsoanewpr