下肢外骨骼康復機器人控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、隨著人們對下肢癱瘓及殘疾的病人的康復醫(yī)療需求的提高，下肢康復機器人的研究受到了更多的關注。下肢外骨骼康復機器人可以為諸如偏癱患者等下肢運動機能障礙的病人提供運動功能恢復的康復訓練，下肢外骨骼康復機器人是穿戴式的，患者穿戴上機器人后，通過控制機器人的運動來為患者提供主動或者被動的康復訓練。本文圍繞下肢外骨骼康復機器人控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，搭建了控制系統(tǒng)的軟硬件平臺，并設計了應用于康復機器人不同控制策略的控制算法。
　　下肢外骨骼康復機

2、器人控制系統(tǒng)的整體結構采用分布式三層控制系統(tǒng)結構，包括頂層的主控制器和上位機、中層的節(jié)點控制器、底層的驅動器，電機和傳感器?？祻蜋C器人的控制由控制系統(tǒng)的三層共同完成，其中中層的節(jié)點控制器分布于各個關節(jié)，用于完成但關節(jié)的控制，即采用分布式結構，提高了機器人系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。各層控制器中的軟件模塊是基于uC/OS-II實時操作系統(tǒng)進行設計，上位機軟件運行于PC端用于頂層的控制和康復訓練數(shù)據(jù)的監(jiān)控。
　　為了對下肢外骨骼康復機器人的

3、控制進行分析，對其單腿的二連桿模型結構，基于拉格朗日方程，建立了康復機器人的動力學模型，得到了機器人關節(jié)運動的位置、速度、加速度信息與關節(jié)轉動所需轉矩的關系。同時對動力學模型進行了線性化處理，實現(xiàn)了機器人模型中的可測參數(shù)與不確定或未知參數(shù)分離，這樣通過對系統(tǒng)模型中的未知參數(shù)的動態(tài)估計并進行補償，可以實現(xiàn)更好的控制效果。
　　針對康復機器人的關節(jié)運動的軌跡跟蹤控制，設計了軌跡跟蹤的底層控制算法，包括模糊PID控制算法和自適應控制算法