康复用下肢外骨骼系统仿生步态规划方法研究

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1、硕士学位论文康复用下肢外骨骼系统仿生步态规划方法研究作者姓名：张邵敏指导教师：吴新宇研究员王灿高级工程师学位类别：工学硕士学科专业：模式识别与智能系统研究所：中科院深圳先进技术研究院2016年04月ResearchonLowerLimbBionicExoskeletonSystemRehabilitationGaitPlanningMethodByZhangShaominADissertation/ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfi

2、llmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringShenzhenInstitutesofAdvancedTechnology,ChineseAcademyofSciences04,2016II声明我在此声明本论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的科研成果。尽我所知，除了文中加以特别标注和致谢的地方外，本论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：摘要随着我们步入21世纪，人

3、口老龄化比例大幅增加，由于偏瘫、中风导致的下肢不便老人不断增多，由于脊柱神经受损而导致下肢无力、偏瘫、瘫痪的人群也在不断增加。自20世纪以来，以美国为首的国家开始不断及进行助力外骨骼以及康复外骨骼机器人的研究，伴随着机器人技术的不断进步，各个国家在下肢康复外骨骼的研究有了不断的突破。我们国家也逐渐认识到机器人对科技实力提升的重要性，逐步开始大力推广和发展机器人事业，近年来不断有新的机器人出现。康复用下肢外骨骼机器人能够帮助患者进行腿部康复训练，训练在可重复性方面优于传统方法，可以大幅缩短患者的康复训练时间，并减少陪同康复医师的数量，大幅

4、降低人力成本。对社会和我国康复医疗，以及机器人发展起着积极的贡献作用，给老年人、下肢不便患者行走提供有效帮助，提高社会弱势群体的生活自主能力，改善他们生活质量。本论文着重研究康复外骨骼仿人步态，是由于该步态不同于自然人的步态，也称这种步态为非常态步态。首先从步态安全性方面进行研究，通过传感器对外骨骼运行状态进行判断，并对步行中发生的意外进行实时判断，防止对穿戴者造成二次损伤。本文所用外骨骼机器人步态使用预设步态轨迹，需要伺服驱动系统能够跟随控制计算机内预设步态进行轨迹。为了改善驱动系统对变负载情况下的动态响应特性，驱动关节使用了关节负载

5、自适应控制。在变负载情况下，这种控制方式比传统PID控制方式有着更好的动态响应特性，可以有效提高伺服系统、机械结构的使用寿命，并提高伺服系统对预设步态轨迹的跟随能力。通过对正常人步态特点的分析和研究，本文结合外骨骼四足拄拐步态的特点，对四足步态进行采集。通过大量实验最可以终得到较为理想的步态轨迹，目前让两位截瘫患者自主行走。本作者在实验期间进行了大量的非常态步态实验，发现穿戴者使用拐杖的方式直接影响步态的稳定性，特别是刚开始学习四足步态的时候，随后提出了四足拄拐长步态。通过让多位实验者进行步态实验，验证了在拐杖支撑不合理的情况下，动态步

6、长步态比传统固定步长步态有着更高的稳定性，并且重心摆动较小，更为省力。关键词：康复；外骨骼；机器人；模糊；变负载；控制；步态；四足；拄拐IVAbstractAsweenterthe21stcentury,significantincreasesinthepercentageofpopulationofbiasandelderlypeople.Duetospinalnervedamageandleadlowerextremityweakness,hemiplegia,paralysis,thesepopulationsareincreas

7、ing.Fromthe20thcentury,Americabegintoresearchonrehabilitationexoskeletonrobotandpowerexoskeleton.Accompaniedbyrobottechnologyadvances,Rehabilitationoflowerextremityexoskeletonresearchhasbeenabreakthrough.Inrecentyears,Chinapaysmoreandmoreattentiontothedevelopmentofrobots

8、,suchasdevelopwearablelowerlimbsrehabilitativerobot.Rehabilitationoflowerlimbrobotcanhelppatientsrestor