下肢康復(fù)機器人感知系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步,機器人技術(shù)已經(jīng)進入到人們生產(chǎn)生活的方方面面?？祻?fù)機器人作為機器人的一個重要分支,近年來也得到了很多的關(guān)注。本文的研究對象是康復(fù)機器人的感知系統(tǒng)。我們可以大膽的預(yù)言,在不久的將來,康復(fù)機器人會取代常規(guī)的運動康復(fù)手段,成為偏癱患者、腦卒中患者等運動功能障礙病人的福音。
　　本文從運動康復(fù)理論、感知系統(tǒng)軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)和實驗三個方面入手,實現(xiàn)了包含觸點開關(guān)、編碼器、陀螺儀、加速度計、電子羅盤、壓力傳感器、肌電傳感

2、器的感知系統(tǒng),能為控制系統(tǒng)提供準確的反饋參考。本文的主要工作如下:
　　(1)對偏癱的機理和康復(fù)訓(xùn)練方法做了詳細的研究。因為只有搞清楚了偏癱的癥狀和康復(fù)訓(xùn)練的手段才能正確的設(shè)計康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu),選擇合適的傳感器,實施正確的康復(fù)運動,從而達到更好的康復(fù)目的。
　　(2)根據(jù)第一部分的研究結(jié)果提出下肢康復(fù)機器人的設(shè)計要求,詳細介紹了下肢康復(fù)機器人機械結(jié)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的設(shè)計。
　　(3)感知系統(tǒng)的硬件和軟件

3、的設(shè)計與實現(xiàn)。硬件部分包括壓力傳感器、姿態(tài)傳感器、主控板的電路設(shè)計,傳感器和電機驅(qū)動器都被設(shè)置成CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。軟件部分包括實現(xiàn)壓力傳感器信號濾波處理;完成陀螺儀、加速度計和電子羅盤的輸出數(shù)據(jù)的信息融合,得到了康復(fù)機器人的姿態(tài)信息;傳感器節(jié)點與控制板的CAN總線通信,電機驅(qū)動器與主控板的CANopen通信。
　　(4)進行了基于肌電信號的主動康復(fù)訓(xùn)練的研究。通過肌電傳感器采集的肌電信號經(jīng)過放大濾波等處理后,可以預(yù)先判斷出康復(fù)病人的

4、行走意圖,作為主動訓(xùn)練的控制參照,分析了人體在站立不動和正常行走狀態(tài)下具體肌群的肌力。提出了一種下肢康復(fù)機器人主動訓(xùn)練方法。
　　本文的創(chuàng)新之處在于將不同的傳感器和電機驅(qū)動器都設(shè)計和設(shè)置為 CAN節(jié)點,這樣大大提高了開發(fā)人員在后續(xù)工作中的靈活性和便利性。其中,靈活性主要體現(xiàn)在開發(fā)人員可以根據(jù)實際需求增加或者減少傳感器的種類和個數(shù),而不會對整個感知系統(tǒng)的完整性產(chǎn)生影響。便利性主要體現(xiàn)在統(tǒng)一了感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的通信方式,都使用CAN