康复下肢外骨骼运动控制研究.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn康复下肢外骨骼运动控制研究**姜充，王兴松（东南大学机械工程学院，南京，211189）5摘要：动力本文基于动力下肢外骨骼机器人，展开对用于助老、助残下肢外骨骼机器人运动控制的研究，通过实验验证所研究的控制策略及控制算法的可行性，实现康复下肢外骨骼机器人协助截瘫患者恢复行走能力。首先，通过一套无动力外骨骼采集人体穿戴外骨骼典型动作关节轨迹数据；其次，通过对采集的数据进行拟合获取外骨骼机器人运动离线轨迹；然后，设计基于关节输出力矩反馈的轨迹规划

2、算法，在线调整外骨骼关节轨迹；最后，设计PID10控制器控制器对重新规划的轨迹进行跟踪控制，并通过所得的实验数据验证了控制策略的可行性。关键词：机器人；康复；运动控制中图分类号：TP242.315ResearchonMotionControlofRehabilitationLowerLimbExoskeletonJiangChong,WangXingsong(SchoolofMechanicalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing211189)Abstract

3、:Researchonpoweredlowerlimbexoskeleton,thispaperexploresthemotioncontrolofthe20lowerlimbexoskeleton,whichisusedtohelptheelderlyandthedisabled.Theexperimentsarecarriedouttoverifythefeasibilityofthecontrolstrategyandthecontrolalgorithm.Thelowerlimbexoskel

4、etonrobothelpparaplegicpatientsregainwalkingability.Firstly,thetrajectorydataoftheexoskeletonisacquiredbyasetofnon-dynamicexoskeleton.Secondly,theoff-linetrajectoryoftheexoskeletonrobotisobtainedbyfittingtheacquireddata.Then,planthetrajectorybasedonthej

5、oint25outputtorquefeedback.Finally,PIDcontrollerisusedtotrackthere-planningtrajectory,andthefeasibilityofthecontrolstrategyisverifiedbytheexperimentaldata.Keywords:robot;rehabilitation;motioncontrol0引言30随着年龄的增大，人体骨骼逐渐退化，关节磨损严重，韧带韧性和弹性减退，关节活动受到一定程度的限制。老年

6、人会产生不同程度的运动机能障碍，行动的速度、协调能力、静态抗干扰平衡能力以及肌肉力量均成下降趋势。据报道1951-1990年40年间，道路交通事故增加41.3倍。肢体损伤在道路交通事故法医临床鉴定中非常多见。随着现代体育运动不断向高水平竞技运动的方向发展，运动员在训练和比赛中关节损伤几率增加。35当代医学理论和临床医学实践证明，对肢体运动功能的恢复和提高，除了必要的医疗手段外，科学和正确的康复训练是十分有效的。针对患者不同的伤残程度（肌肉损伤、中风、偏瘫、下肢瘫痪），基于一套具有机械动力装置的下肢外骨

7、骼，结合不同病患不同阶段康复训练的需求和人体正常行走步态，研究合理的下肢外骨骼的控制算法并实现帮助患者康复、正常行走，是很有必要的。40本研究的最终目标是实现伤残患者穿戴动力外骨骼平稳舒适行走，由机器人提供患者恢复行走能力的动力，帮助患者完成日常工作、生活行动同时，降低患者行走时的能量消耗，减轻行走作者简介：姜充（1991-），男，硕士研究生，主要研究方向：机械电子通信联系人：王兴松（1965-）,男，教授，主要研究方向：机器人与自动化理论和应用；生物机械电子与先进医疗器械；运动控制理论与数控技术；测

8、量技术与传感器.E-mail:xswang@seu.edu.cn-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn的疲劳感。1国内外下肢外骨骼发展现状及分析1.1发展现状45随着科学技术的飞速发展，各学科技术互相交叉渗透，极大的促进了医疗器械的发展。有关外骨骼在康复、助残领域上的应用是机器人研究的热门，并且一直受到各国研究人员的极大关注和重视。目前各国对于下肢康复外骨骼的研究尚停留在研究阶段，只有极少型号外骨骼机器人投入到实际应用中。日