步行康复训练机器人协调控制研究

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1、步行康复训练机器人协调控制的研究方彬，沈林勇，李荫湘，章亚男(上海大学机电工程与自动化学院上海200072)摘要：为了实现步行康复训练机器人的协调控制，对外骨骼助行腿与跑步机的协调控制以及减重支撑系统与外骨骼助行腿的协调控制进行了研究，提出了协调控制方法。最后用假人代替真实患者通过实验验证外骨骼助行腿，跑步机和减重支撑系统之间的协调控制效果。实验结果表明，步行康复训练机器人能够很好的对假人进行减重步行康复训练，外骨骼助行腿，跑步机和减重支撑系统实现了很好的协调控制，同时为进一步对真实患者进行实验奠定了很好的基础。关键词：步行康复训练机器人；协调控制；外骨骼助行腿中图分类号：TP

2、24文献标识码：AResearchofCoordinationControlforGaitRehabilitationTrainingRobotFANGBin，SHENLin-yong，LIYin-xiang，ZHANGYa-nan(SchoolofMechatronicsEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)Abstract：Aimingatrealizingthecoordinationcontrolofgaitrehabilitationtrainingrobot,thecoord

3、inationcontrolofexoskeletonlegwithtreadmillandthecoordinationcontrolofbodyweightsupportsystemwithexoskeletonlegswereresearched,andthecoordinationcontrolmethodwasproposed.Atlastthecoordinationcontroleffectamongexoskeletonlegs,treadmillandbodyweightsupportsystemwasprovedbyusingdummyforexperime

4、nts.Theexperimentalresultshowsthatthegaittrainingrehabilitationrobotcanrealizegoodpartialbody-weightsupportedgaittrainingfordummy,whichdemonstratesagoodcoordinationcontroleffectamongexoskeletonlegs,treadmillandbodyweightsupportsystem,andlaysthegoodfoundationforfurtherexperimentwithrealpatien

5、ts.Keywords:gaitrehabilitationtrainingrobot;coordinationcontrol;exoskeletonlegs0前言近年来，脊椎损伤(spinalcordinjury，SCI)患者呈增加的趋势，极大地危害着人类健康。减重步行训练(bodyweightsupportedtraining，BWST)，是针对脊椎损伤患者康复治疗重要手段之一，已经得到国际康复医学界的普遍认同。减重步行训练是在卸去患者自重并保持其自身平衡的前提下，通过人工或者自动化设备，模拟正常人的步态轨迹进行步行训练，来帮助患者恢复步行能力[1]-[6]。自20世纪90

6、年代初以来，国内外多家机构已研发了一系列的用于减重步行训练的康复训练机器人。瑞士HOCOMA公司的Lokomat是外骨骼式步行康复机器人的典型代表，采用外骨骼式矫形器带动患者在跑步机上进行训练，目前已成功应用于临床。由于LOKOMAT的实际售价过高，国内患者很难承担起费用，为此开发具有独立知识产权的步行训练机器人具有深远意义。本研究设计的步行康复训练机器人，它的最终目标是在减重步行训练基础上，依靠自动化辅助步行康复训练装置对脊椎损伤患者进行临床康复训练，利用现代检测手段给患者提供多种反馈信息，达到对损伤的神经系统进行全方位刺激的目的。通过综合分析相关信息，进行康复治疗评估，且根

7、据评估结果重新制定训练方案，进一步改善康复治疗效果。本研究的步行康复训练机器人主要包括：减重支撑系统、跑步机、外骨骼助行腿和控制系统。其中减重支撑系统(bodyweightsupport，BWSS)，跑步机和外骨骼助行腿是步行康复训练机器人最重要的三部分，它们相辅相成，缺一不可。三者之间的协调控制，尤其重要，如果协调不好，将会导致不能对患者进行减重步行训练，本研究主要对三者之间的协调控制进行研究，再通过实验进行验证。1步行康复训练机器人步行康复训练机器人主要包括减重支撑系统，外骨骼助行腿，跑