下肢康复训练机器人的重心轨迹控制研究

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下肢康复机器人康复实践的研究进展

下肢康复机器人康复实践的研究进展魏聪惠1，郭珅2，马凤领2，单新颖2，罗军11 南昌大学第二附属医院康复医学科，南昌330006；2 国家康复辅具研究中心民政部智能控制与康复技术重点实验室摘要：针对脑卒中、脊髓损伤等神经系统疾病导致的下肢运动功能障碍，下肢康复机器人能够帮助治疗师优化康复策略，促进患者下肢运动功能康复。

下肢康复机器人按功能不同可分为步态训练型康复机器人和辅助行走型康复机器人，均由电机控制驱动，训练模式包括主动训练和被动训练。

下肢康复机器人康复关键技术包括主动康复训练、驱动系统设计、运动意图识别、人机工程，可实现对下肢运动功能障碍患者步态和行走功能的训练康复。

关键词：下肢康复机器人；下肢运动功能障碍；脑卒中；脊髓损伤；神经功能康复doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2023.10.024中图分类号：R49 文献标志码：A 文章编号：1002-266X（2023）10-0095-04随着我国人口结构的老龄化，脑卒中、脊髓损伤等神经系统疾病所致的下肢运动功能障碍患者不断增加［1-2］。

下肢运动功能的康复是一个复杂、动态、多因素的过程，往往需要数月甚至数年。

当前下肢运动功能的康复主要还是通过传统治疗或者采用简单康复器械带动患者下肢进行运动训练，这些手段的治疗效果取决于治疗师的经验；此外，在整个康复周期中患者常处于被动角色而不能充分发挥其主动性，影响了康复治疗效果。

研究表明，下肢康复机器人能发挥患者自主训练的潜力，提高患者治疗满意度和依从性，从而获得更大的健康效益和更好的生活质量。

现就下肢康复机器人康复实践的研究进展综述如下。

1 下肢康复机器人分类1.1　步态训练型康复机器人　由于神经康复是时间和劳动密集型的，患者需要大量的重复训练；步态训练型康复机器人具有可重复性、准确性、可靠性等优点，可以使治疗师摆脱繁重的训练任务，达到提高康复效果和降低人力成本的目的［3-4］。

下肢外骨骼康复机器人机械设计与运动控制

Content
下肢外骨骼康复机器人的机械设计与运动控制
作者姓名：李宏伟学科专气工程学院
Significance
心脑血管损伤、脊髓损伤以及骨关节疾病能够导致患者下肢行走障碍对此类失去正常行走能力的患者，最常用也是最有效的治疗手段是引导患者重复行走动作通常的康复过程是依靠医疗人员重复扳动病人下肢完成康复训练
具有主动驱动能力的康复器械能够让医务人员对康复过程进行把握，引导和规范运动轨迹，解决上述问题
Status quo
当前，外骨骼的开发是国内外机器人控制领域的热门各种外骨骼中，一类是用于健康人体能和耐力的增强，另一类就是针对下肢行走障碍患者的康复而开发的
国内外比较具有代表性的外骨骼有20余种
Significance
康复训练过程对医护人员的负担较重
由于我国社会正逐渐步入老龄化阶段，患者数量增长迅速，医护人员数量相对短缺
医护人员的经验和态度会直接影响医疗效果，因此康复程度很难把握
Significance
所以需要在医疗过程中引入设备来改善这些问题
传统的康复设备结构简单，被动引导患者，对下肢动作的规范不到位。
Schedule
Innovation
在结构上加入更多可供调节的细节；
引入主被动运动模式切换的结构；
引入柔性结构。
ALEX 特拉华大学 2010
REX 新西兰Rex Bionics 2010
Goal
主要： 1.设计出拥有膝、踝关节的下肢外骨骼康复机器人单腿样机，该样机具有驱动元件、控制电路以及传感器元件，可在腿部固定，尺寸外形可调节。次要： 2.开发初步的控制算法，驱动下肢外骨骼，达到适应和引导人体下肢运动的目的，并允许在此基础上进行的升级和改进。

下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 (I)ABSTRACT ..................................................................................................................... I I 第1章绪论 . (1)1.1课题背景及研究的意义 (1)1.2下肢外骨骼康复机器人国内外研究现状 (2)1.2.1 下肢外骨骼康复机器人国外研究现状 (2)1.2.2 下肢外骨骼康复机器人国内研究现状 (5)1.3研究现状总结分析 (6)1.4主要研究内容 (9)第2章下肢外骨骼康复机器人结构设计与系统分析 (10)2.1引言 (10)2.2下肢外骨骼康复机器人结构设计 (10)2.2.1 下肢运动机理分析与关节自由度分配 (10)2.2.2 总体方案设计 (11)2.2.3 下肢外骨骼矫形器构型设计 (12)2.2.4 减重平衡机构设计 (14)2.2.5 人机交互接口结构设计 (16)2.2.6 关键零部件强度校核 (17)2.3下肢外骨骼康复机器人运动学与动力学分析 (18)2.3.1 下肢外骨骼康复机器人运动学建模 (18)2.3.2 下肢外骨骼康复机器人动力学建模 (21)2.3.3 下肢外骨骼康复机器人仿真分析 (25)2.4本章小结 (26)第3章下肢外骨骼康复机器人控制方法研究 (28)3.1引言 (28)3.2下肢外骨骼康复机器人参考轨迹采集与分析 (28)3.3基于自适应迭代学习的患者被动训练 (32)3.3.1 自适应迭代学习控制算法 (32)3.3.2 收敛性分析 (35)3.4基于模糊自适应阻抗控制的患者主动辅助训练 (37)哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第4章下肢外骨骼康复机器人实验研究 (43)4.1前言 (43)4.2实验平台的搭建 (43)4.3下肢外骨骼康复机器人控制系统 (44)4.3.1 控制系统总体框架 (44)4.3.2 控制系统硬件集成 (45)4.3.3 控制系统硬件调试 (47)4.3.4 控制系统软件设计 (50)4.4下肢外骨骼康复机器人系列实验 (51)4.4.1 下肢外骨骼康复机器人功能性实验 (51)4.4.2 患者被动实验 (52)4.4.3 患者主动辅助实验 (54)4.5本章小结 (60)结论 (62)参考文献 (64)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (68)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (69)致谢 (70)哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1 课题背景及研究的意义在中国以及全球范围内，人口老年化已成为社会发展的必然趋势。

机器人运动控制中的轨迹规划与优化技术研究

机器人运动控制中的轨迹规划与优化技术研究摘要：机器人的运动控制中的轨迹规划与优化技术对于机器人在各种应用领域的性能和效率至关重要。

本文主要介绍了机器人运动控制中轨迹规划的基本概念、常用方法及其优化技术，并分析了轨迹规划与优化技术在实际应用中的挑战和发展趋势。

1. 引言机器人的运动控制是机器人技术领域中的关键技术之一，它决定了机器人在工业自动化、服务机器人、医疗机器人等领域的性能和效率。

轨迹规划与优化技术作为机器人运动控制的重要组成部分，在指导机器人运动路径和轨迹的选择上起到至关重要的作用。

本文将介绍机器人运动控制中的轨迹规划和优化技术的研究现状和发展趋势。

2. 轨迹规划的基本概念与方法2.1 轨迹规划的基本概念轨迹规划是指确定机器人自身和末端执行器的路径，使其能够在特定的环境和约束条件下实现目标运动。

主要包括全局轨迹规划和局部轨迹规划两个方面。

全局轨迹规划是根据机器人的起始位置和目标位置，寻找一条完整的路径，以实现从起始位置到目标位置的连续运动。

局部轨迹规划则是在机器人运动过程中，根据机器人的实时感知信息，根据机器人自身的动力学特性和操作要求，动态地规划调整机器人的运动轨迹。

2.2 轨迹规划的方法常用的轨迹规划方法包括几何方法、采样方法、搜索方法等。

几何方法是通过定义机器人的几何形状和约束条件，计算机器人的最优路径。

采样方法是通过采样机器人的状态空间，选取一个合适的采样点构造路径。

搜索方法是利用搜索算法，在状态空间中搜索最优路径。

这些方法各有优缺点，应根据具体应用场景的需求进行选择。

3. 轨迹优化的技术方法3.1 轨迹平滑轨迹平滑的目标是使机器人的路径更加平滑，减少轨迹的变化率和曲率，从而提高机器人的稳定性和精度。

常用的轨迹平滑方法包括贝塞尔曲线、B样条曲线等，可以将离散的路径点插值为连续的平滑曲线。

3.2 动态轨迹规划动态轨迹规划是指根据机器人的实时感知信息和环境变化，动态地规划机器人的运动路径。

下肢外骨骼康复机器人控制系统设计与研究

下肢外骨骼康复机器人控制系统设计与研究一、本文概述随着科技的不断进步，医疗康复领域迎来了前所未有的发展机遇。

下肢外骨骼康复机器人作为一种辅助人体行走、促进康复的重要设备，其设计与研究具有重要的实践意义和理论价值。

本文旨在探讨下肢外骨骼康复机器人的控制系统设计，包括硬件构成、软件编程以及运动控制策略等方面，以期为提高康复效果、促进患者康复进程做出贡献。

本文首先介绍了下肢外骨骼康复机器人的研究背景和发展现状，阐述了其在医疗康复领域的应用前景。

随后，详细分析了下肢外骨骼康复机器人控制系统的设计要求和技术难点，包括机械结构设计、传感器选型与配置、运动学建模与控制算法设计等方面。

在此基础上，本文提出了一种基于人机交互的下肢外骨骼康复机器人控制策略，以实现精准的运动轨迹控制和个性化康复治疗。

接下来，文章重点阐述了下肢外骨骼康复机器人控制系统的设计与实现过程。

介绍了控制系统的硬件构成，包括主控制器、驱动器、传感器等关键部件的选型与配置。

然后，详细描述了控制系统的软件编程，包括运动学建模、控制算法实现、人机交互界面开发等方面。

通过实验验证和临床应用测试，评估了所设计的控制系统的性能和效果。

本文的研究成果不仅为下肢外骨骼康复机器人的设计与研究提供了有益的参考，也为医疗康复领域的技术创新和发展提供了新的思路和方法。

未来，我们将继续深入研究下肢外骨骼康复机器人的控制策略和技术应用，以期为患者提供更加高效、个性化的康复治疗方案。

二、下肢外骨骼康复机器人基础理论下肢外骨骼康复机器人作为一种辅助人体下肢运动的医疗设备，其基础理论涉及多个学科领域，包括生物力学、机器人技术、控制理论以及人机交互等。

生物力学基础：生物力学是研究生物体在力学作用下的反应和适应的科学。

在下肢外骨骼康复机器人的设计中，必须充分理解人体下肢的生物力学特性，包括骨骼结构、肌肉力量分布、关节运动范围等。

这些特性为机器人设计提供了重要的参考依据，确保了机器人在辅助人体运动时能够符合生物力学规律，避免对人体造成不必要的损伤。

下肢外骨骼康复机器人设计及运动学分析

下肢外骨骼康复机器人设计及运动学分析摘要：下肢运动功能障碍患者为数众多，常规的康复训练高度依赖理疗师，成本昂贵，常人难以承受。

下肢外骨骼康复机器人能有效解决这一社会问题。

本文设计了一个单腿两自由度主动驱动的下肢外骨骼康复机器人。

采用两个直线驱动器分别驱动髋关节和膝关节的运动，直线驱动器末端安装有力传感器，通过时时检测人-机作用力实现机器人的柔顺控制。

本文对该机构进行了运动学分析，并使用MATLAB对机构进行了轨迹规划仿真。

仿真结果表明该下肢外骨骼康复机器人具备辅助病人的能力。

关键词：下肢外骨骼，柔顺控制，轨迹规划0 引言随着人口老龄化的发展，脑卒中，骨关节炎等老龄化疾病患者数量逐渐增加。

这类患者往往患有各种致残的疾病，丧失正常的运动能力[1]。

在这样的时代背景下，未来社会对康复医疗的需求将越来越迫切。

下肢外骨骼机器人将为解决这一社会问题发挥重要的作用。

近年来，国内外众多研究机构对康复机器人开展了深入的研究。

在台架式下肢外骨骼康复机器人研究方面，瑞士HOCOMA公司和瑞士苏黎世联邦理工大学共同研制的Lokomat外骨骼康复机器人，它髋关节和膝关节各采用一个直线电机进行驱动，单腿具有两个自由度，双腿四个自由度。

该机器人在轨迹控制的基础上采用了阻抗控制的方式，具有很好的实用性和用户体验[2-4]。

哥伦比亚大学研发的ALEX，除了单腿的四个自由度之外，骨盆上还具有四个自由度，机器人总共具有十二个自由度，它将电机放在下肢外骨骼后方,采用带轮等实现电机远端驱动，有效地降低了机器人运动部件的惯量，该机器人采取将切向力和法向力作用在患者的踝关节的方式,切向力帮助患者按照轨迹移动,法向力用于调整踝关节轨迹的法向运动阻碍[5]。

荷兰屯特大学研发的LOPES，该机器人采用绳驱动的方式，单腿有四个自由度，除了髋关节和膝关节在矢状面上的各一个旋转自由度外，还增加了骨盆的移动和髋关节的内收外展运动。

该机器人同时具有两种不同的控制模式，分别为机器人主动和患者主动，充分考虑到了不同人的行走能力，能根据患者的实际需要提供必要的辅助[6]. 瑞士洛桑理工大学研制的WalkTrainer，它髋关节，膝关节，踝关节各一个自由度，单腿具有3个自由度，同时骨盆具有6个自由度，机器人总共有12个自由度。

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真一、本文概述随着医疗科技的快速发展，下肢康复外骨骼机器人作为一种新型康复设备，正日益受到研究者和医疗工作者的关注。

本文旨在对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行深入分析，并通过仿真实验验证其理论分析的准确性。

文章首先介绍了下肢康复外骨骼机器人的研究背景和应用意义，阐述了其动力学分析的重要性。

随后，本文详细阐述了下肢康复外骨骼机器人的动力学建模过程，包括机器人的运动学模型、动力学模型以及控制模型的建立。

在建模过程中，考虑了机器人的结构特点、运动规律以及人机交互等因素，确保了模型的准确性和实用性。

在完成动力学建模后，本文利用仿真软件对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行了仿真实验。

仿真实验包括了机器人在不同运动状态下的动力学响应、人机交互过程中的力传递特性以及控制策略的有效性等方面。

通过仿真实验，本文验证了动力学模型的正确性，并为后续的实物实验提供了理论支持。

本文总结了下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真的主要研究成果，并指出了未来研究方向。

通过本文的研究，不仅有助于深入理解下肢康复外骨骼机器人的动力学特性，还为优化机器人设计、提高康复效果以及推动医疗康复领域的发展提供了有益的参考。

二、下肢康复外骨骼机器人概述下肢康复外骨骼机器人是一种辅助人体下肢运动，帮助进行康复训练的先进医疗设备。

这种机器人通过精密的机械结构和智能控制系统，能够实时地感知并适应穿戴者的运动意图，提供必要的助力或阻力，以达到改善运动功能、增强肌肉力量、促进神经恢复等康复目标。

下肢康复外骨骼机器人通常由支架、传感器、执行器、控制系统等部分组成。

支架负责支撑和保护穿戴者的下肢，同时提供运动的轨迹和范围。

传感器则负责实时感知穿戴者的运动状态、肌肉力量、姿态等信息，为控制系统提供决策依据。

执行器则根据控制系统的指令，驱动机械结构产生相应的动作，提供助力或阻力。

在动力学分析方面，下肢康复外骨骼机器人需要考虑穿戴者的运动学特性和动力学特性，以及机器人自身的机械特性、控制特性等因素。

步行康复机器人轨迹控制方法研究

Ａｂｔａｔｉｎｔｒｉｉｇｄｍａｄｒｗａｋｎａｉｎｓｗｉａｒｄｃａｉｌｎｒｅ，ａｔｅａｉｔｔｎｒｂｔｗｔｅｃｒｆｅｏｋｌ— ｓｒｃ：Ａｍｉｇａａｎｎｅｎｓｆｌｉｇｐｔｔｔｉｔｏｅｈｍｐｉｒｎａｅｖｓａｇｉｒｈｂｌａｉｏｏｉｔｏｅｏｘｓｅｅｅｉｏｈｈ
Ｒｓａｃｎｔａｅｔｒｏｔｏｔｏｏａｔｅａｉｔｔｎｒｂｔｅｅｒｈｏｊｃｏｙｃｎｒｌｒｍｅｈｄｆｒｇｉｒｈｂｌａｉｏｏｉｏ
Ｌｉ— ａｇＱＡｉ—ＵＳＥｉ— ｎ，ＮｉｕｎＩｎｘｎ，ＩＮＪＷ，ＨＮＬｎｙｇＷＡＧＱ— ａＹｉｎｏｙ
０引 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
人体运动功能障碍已成为一种常见的疾病，它一
ｏａｄｒｎｏｔｒｆｏｔｌｙｔｍ．Ｔｅｆａｉｉｔｆｃｎｒｌｔｏａｅｆｄｔｒｕｈｅｐｒｎｓｈｘｅｍｅｔｌｅｕｔｈｗｎｈｒｗａｅａｄｓｆｗａｅｏｎｒｓｅｃｏｓｈｅｓｂｌｙｏｏｔｈｄｗｓｖｒｅｏｇｘｅｍｅｔ．Ｔｅｅｐｒｎａｓｌｓｏｓｉｏｍｅｉｉｈｉｉｒｔａ．ｖｌｃｔｅｔｌｔｏｓｍｏｅｓｉｂｅｔａｏｉｏａｏｔｏｔｏｏａｔｒｈｂｌａｉｎｒｂｔｈｔｅｏｉｃｎｒｈｄｉｙｅｍｅｒｕｔｌｈｎｐｓｔｎｃｎｒｌａｉｌｍｅｈｄｆｒｇｉｅａｉｔｔｏｏ．ｉｏ

下肢行走康复训练机器人控制系统设计

关键词：下肢行走康复机器人；控制系统；８５Ｆ４；ＷＭＣ０１００Ｐ
中图分类号：Ｐ４文献标识码：文章编号：００５（０１０－０４０Ｔ２Ｂ１０４８８２１）８０２－３
０引言
系统（上位计算机和下位计算机）两部分组成。
收稿日期：０１１２２１－８０作者简介：陈捡（９５）男，１８一，四川南充人，硕士研究生，主要
从事机电一体化、机器人技术的学习与研究工作。
２１０１年第８期
液压与气动
２５
来说高速开关电池阀的控制尤为重要，本文重点介故绍控制板中ＰＷＭ模块的设计。ＰＷＭ（ｕｓＷｉｔＰｌｄｈｅＭｏｕａｅ）ｄｌｄ为脉宽调制，其输出方波可改变占空比。ｔ及
而变化。８位ＰＷＭ占空比计算公式：ｕｙｙｌＤｔＣｃｅ＝
下位机硬件设计时，主控制器采用了Ｃ０１００８５Ｆ４单片机，该单片机具有以下特点：资源丰富，可提供６
个ＰＷＭ（大于４个）１路ＣＮ总线接口，运行速和Ａ且度快，持汇编和Ｃ１编程，支５控制灵活，格低廉。在价
ＣＨＥｉｎ，ＨＡＮＪａ — ａ，ＣＮＪａｉｎｈｉＨＥｅ－ｉＮＧＷｉｗｅ
（河南科技大学机电工程学院，河南洛阳４１０）７０３
摘
要：为使机器人能模拟正常行走步态为患者提供下肢康复训练服务，该文对下肢行走康复训练机

机器人运动轨迹规划技术研究及应用

机器人运动轨迹规划技术研究及应用机器人是一种能够自主行动，自主感知、学习和控制的人工智能系统。

它们已经在各个领域发挥重要作用，如工业制造、医疗护理、空间探索等。

保证机器人在复杂环境下的运动能力是机器人技术中的重要课题之一。

要保证机器人在复杂环境下能够稳定、准确地运动，涉及到运动控制、路径规划等问题。

本文将探讨机器人运动轨迹规划技术的研究现状及应用。

一、机器人运动轨迹规划技术的概念机器人运动轨迹规划技术是指在给定的环境下规划机器人的运动轨迹，使机器人能够在规划轨迹的基础上完成任务。

机器人的运动轨迹规划是一个复杂的问题，需要考虑机器人的动力学、运动控制、环境感知等多个方面。

机器人的轨迹规划技术可以分为全局规划和局部规划。

全局规划是指将整个空间划分成网格或其它形式的离散化空间，通过搜索算法确定机器人的全局路径。

这种方法主要适用于没有障碍物的环境或障碍物比较简单的环境。

局部规划是指在机器人移动过程中，通过实时感知机器人周围环境的情况，对机器人轨迹进行实时调整。

二、机器人运动轨迹规划技术的研究现状机器人运动轨迹规划技术是机器人技术中的一个重要领域，目前已经有很多相关研究。

其中，一些典型的研究成果如下：1. RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法RRT是一种路径规划算法，能够高效地规划出复杂环境下的机器人路径。

该算法以机器人为起点，通过随机扩展树的方式构建路径，并通过树的扩展方法不断优化路径。

RRT算法具有自适应性强、适用范围广等特点。

2. A*算法A*算法是一种最优路径搜索算法，它能够在有限时间内找到最短路径，并具有高效性、准确性等特点。

该算法基于机器人当前位置向目标位置搜索，并逐步生成一个网格图，不断搜索最短路径，直到找到目标路径。

3. D*算法D*算法是路径规划中的一种重要算法，它通过实时感知机器人周围的环境信息，对机器人轨迹进行动态规划。

该算法能够针对不同的环境进行动态路径规划，并在运行过程中不断更新路径信息，使机器人能够应对多变的环境。

下肢康复机器人与运动障碍康复研究进展

下肢康复机器人与运动障碍康复研究进展摘要：我国目前约有1.9亿下肢运动障碍患者、失能和半失能的老年人需要康复服务，但我国康复医疗资源有限，康复机器人的研究有利于缓解紧张的供求关系。

有效的康复训练是下肢运动障碍患者康复治疗中的重要环节，对改善患者的步行功能和平衡功能有重要意义，传统康复训练主要以理疗师一对一的训练方式进行，存在康复效果不一致、缺乏定量评估和劳动强度大等问题。

下肢康复机器人结合传统康复训练方法、计算机技术和人体生物力学等，有助于缓解我国医疗资源不足的窘境，也对我国康复医学的发展有重要意义。

因此，本文将下肢康复机器人和相关运动障碍康复手段的研究进展进行梳理总结。

关键词：下肢康复机器人；下肢运动障碍；脑卒中；文献综述Research Progress of Lower Limbs Rehabilitation Robot and Rehab ofDyskinesiaAbstract: Lower extremity rehabilitation robot is a research hotspot of rehabilitation medicine in recent years.Key words: Lower limbs rehabilitation robot; Dyskinesia; Stroke; Literature review随着我国进入老龄化社会，人口老龄化问题日益严重，2017年60岁以上老年人数已占我国总人口数的17.3％，预计2050年这个比例将会达到34.9％[1]。

目前约有1.9亿患有下肢运动障碍和失能老年人需要居家、社区和医院康复[2]，且老年人护理工作占用了很大一部分医疗康复资源。

此外，脑卒中等脑血管疾病的致残率较高[3]，人口老龄化使得因脑血管疾病而残疾的人数逐年增加，但是通过有效康复治疗能够改善患者的步行功能和平衡功能[4]。

因此，能够帮助失能老年人和残疾患者进行康复训练的下肢康复机器人是目前研究的热点。

下肢康复机器人

实施过程
在专业医师或治疗师的指导下，患者使用下肢康复机器人进行康复训练，包括被动训练、主动训练和抗阻训练等。
效果评估指标及方法
效果评估指标
评估指标包括患者的下肢运动功能、日常生活活动能力、生活质量等方面。
效果评估方法
可以采用量表评估、观察患者康复过程中的变化以及对比治疗前后的数据等方法进行评估。同时，结合患者的自我感受和反馈，对康复效果进行综合评价。
05
挑战与未来发展方向
技术难题及解决方案探讨
技术难题1
机器人灵活性不足。解决方案：采用新型的机械臂设计，使用更灵活的驱动器和传感器。
技术难题2
机器人智能化程度不够。解决方案：引入深度学习和人工智能技术，实现机器人自适应和自主决策。
技术难题3
机器人安全性不够。解决方案：设计更严格的安全标准和控制算法，确保机器人的操作安全。
02
下肢康复机器人概述
定义与分类
定义
下肢康复机器人是一种辅助患者进行下肢康复训练的医疗设备，通过机器人技术帮助患者进行有针对性的康复训练。
分类
根据应用场景和功能特点，下肢康复机器人可分为不同类型，如被动式、主动式、主被动式等。
工作原理及特点
工作原理
下肢康复机器人通过传感器、控制系统和执行器等组成部分协同工作，实现患者下肢的运动轨迹模拟、力量传递和反馈控制等功能。
特点
下肢康复机器人具有高精度、高稳定性和高安全性的特点，能够根据患者的实际情况进行个性化的康复训练，提高康复效果。Leabharlann 应用领域及优势应用领域
下肢康复机器人广泛应用于康复医疗机构、养老院、家庭等场景，为患者提供安全、有效的康复训练服务。

简述下肢康复机器人的现状关键技术及发展

简述下肢康复机器人的现状关键技术及发展下肢康复机器人是一种应用机械与电子控制技术的康复器械，它以助力运动方式、姿态控制、生物反馈为核心技术，通过智能控制实现对下肢残疾人群的康复训练，大大提高了下肢康复的效率和效果。

下肢康复机器人技术的发展已经进入理论研究到实际应用的阶段，发展趋势具有广阔的应用前景，本文主要介绍下肢康复机器人的现状关键技术及发展。

一、关键技术1、助力运动助力运动是指下肢康复机器人通过智能计算控制肌肉复位及肌肉活动的过程，对残疾人的下肢进行抬起与放下的运动，使康复者在机器人的帮助下实现运动恢复。

实现这一关键技术的方法主要包括力矩控制技术、主动的力矩控制技术和基于位移的控制技术等。

2、姿态控制姿态控制是指下肢康复机器人智能控制康复者的下肢姿态变化，通过计算机的智能控制，监测康复者下肢的运动轨迹，并调整机器人的力矩、速度等参数，来达到配合与指导康复者正确完成下肢运动使康复效果更佳的目的。

现在的姿态控制主要采用位置控制、速度控制、力控制等。

3、生物反馈生物反馈是指下肢康复机器人通过对康复者不同身体部位的生物特征(如肌肉电位、生理指标、体温等)数据的采集和分析，调整康复过程中所需的力大小、速度和运动范围等参数。

通过生物反馈技术，康复者可以更直观地感受到康复的过程和进程，更好的完成康复训练。

4、智能控制下肢康复机器人采用了智能控制技术，通过计算机控制下肢残疾者开展康复训练。

智能控制技术应用了神经网络、遗传算法等技术，能够更加准确地控制运动，同时还可以根据个体康复状态，智能的调整康复参数，提高康复效果。

二、发展1、技术的创新下肢康复技术的创新是关键。

对下肢康复方面的研究已经取得了很多的进展，但是机器人技术的创新还远远没有结束。

需要进一步研究如何优化康复机器人的结构、控制算法等关键技术，提高康复功能和使用体验。

2、多模式集成下肢康复机器人的多模式集成应用是将运动坐标定位系统，生物反馈系统，身体感知系统，智能神经网络等多种康复技术集成在一起。

一种全方位移动型下肢康复机器人鲁棒跟踪控制研究

Ｌ（（）（）ＦＴ尸ｓ，ｓ）＝Ｐ１１，２）－Ｐｌｌ＋Ｐ２一Ｐ２。２（
为万向轮的自转速度；为万向轮的半径；是步行训练机ｒＭ
其中：∈Ｒ。表示被控输出信号；Ｙ∈Ｒ是测量信号； ∈Ｒ表
不考虑重心变化情况下的坐标系及机体几何示意图如图
一
日鲁棒控制是专门针对标称模型中含有不确定性而提出的一种现代控制理论，它把降低不确定性对系统性能影响及鲁
２
２
ｏ
棒稳定性都归结为求反馈控制器，使闭环系统稳定且闭环传递
。
芋数最小或小于某一给定值。下面介绍理论
老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢灵活性下降，急
性心脑血管疾病和神经系统疾病的发病率增高，者出现偏瘫甚
症状。据统计，近年来由于患心脑血管疾病引发偏瘫的人群在
年龄上正呈年轻化趋势。另外，由交通事故导致的肢体损伤人
数也在逐年上升。这类患者除了早期的手术治疗和必要的药
的一些基本知识。
理论由式（）９来定义：
如果不考虑摩擦，机器人动力学能量描述为
Ｔ ÷Ｍ＝（
其中：
器人的质量。
）下，＋１ａ
（）５
（）６
＝
叫
１）２（Ｓ
（０１）
１ｌ；＝２；＝３＝２书ｒｒ书ｒ
ＡｓａｔｈｓａｅｐｏｏｅｎａａｔｅｒｕｔｒｅｔｒｓｈｍｒａｋｒＳｔｊｃｒａｋｇｄｒｇｃｎｒ—ｆｒｖｙｂｔｃ：Ｔｉｐｐｒｒｐｓｄａｄｐｉｂｓｔｊｃｙｃｅｅｆｌｅ ’ ａｔｙｔｃｉｕｎｅｔｏ－ａｉｒｖｏａｏｏｗｒｅｏｒｎｉｅｇｔｓｉ．ｈａｎｒｓａｈｃｎｅｔｏｃｎｉｆｗａｔ：）ｎｅｒｅｅｙａｉｍｄｌｈｔｏｓｅｅｅｔ — －ａｉｏｉｈＴｅｍｉｅｅｒｏｔｓｆｏｓｔｏｐｒａｉｇａｄｔｎｍｃｏｅｔａｃｎｉｒｄｃｎｅｆｒｖｔｐｓｔｆｃｎｓｏｔｓｔｔｈｄｄｒｏｇｙ — ｔｎｗｔｉｔｅｃｎｏ￣ｍｅｏｋｂＤｖｌｅｎｓｄａｄｐｉｂｓＨｏｔｌｔｔｇｃｉｅｔｅｅｉｄｔｊｃ — ｉｉｎｈｏｔｌａｗｒ．）ｅｅｐｄａｄｕｅｎａｔｅｒｕｔｃｎｏｓａｙｔａｈｅｓｅａｅｔｏｈｒｏａｖｏｒｒｅｏｖｈｄｒｒｏ

四足机器人稳定行走规划及控制技术研究

四足机器人稳定行走规划及控制技术研究一、本文概述随着机器人技术的不断发展，四足机器人作为一种重要的移动机器人，在救援、勘探、物流等领域的应用日益广泛。

然而，四足机器人在复杂环境下的稳定行走仍然是一个挑战性问题。

因此，本文旨在深入研究四足机器人的稳定行走规划及控制技术，以提高其在各种环境下的运动性能和稳定性。

本文首先介绍了四足机器人的研究背景和意义，阐述了四足机器人在不同领域的应用现状和发展趋势。

接着，文章综述了国内外在四足机器人稳定行走规划及控制技术方面的研究成果，分析了现有技术的优缺点，为后续的研究提供了理论支持和参考。

在四足机器人的稳定行走规划方面，本文重点研究了步态规划、轨迹规划以及稳定性控制等问题。

通过合理的步态规划，可以使四足机器人在行走过程中保持稳定的姿态和高效的移动性能。

轨迹规划则涉及到机器人腿部运动的轨迹生成和优化，以实现平滑且节能的运动过程。

同时，稳定性控制是四足机器人行走规划中的重要环节，通过调整机器人的姿态和运动参数，可以确保机器人在复杂环境下保持稳定的行走状态。

在控制技术方面，本文探讨了基于传感器融合的姿态感知技术、力控技术以及基于机器学习的自适应控制策略等。

通过集成多种传感器数据，实现精确的姿态感知和运动控制。

力控技术则通过感知和调整机器人与地面之间的相互作用力，以提高机器人在不平坦地形上的适应能力。

基于机器学习的自适应控制策略可以使机器人在面对未知环境时自主学习和调整行走策略，进一步提高其适应性和鲁棒性。

本文总结了四足机器人稳定行走规划及控制技术的研究现状和未来发展方向，为相关领域的研究人员提供了有益的参考和启示。

通过不断深入研究和探索新的技术方法，相信四足机器人在未来的应用前景将更加广阔。

二、四足机器人运动学建模运动学建模是四足机器人行走规划和控制技术研究的基础。

通过构建精确的运动学模型，我们可以理解机器人各关节之间的运动关系，进而为行走规划和控制算法的设计提供理论支持。

机器人运动轨迹规划与控制技术研究

机器人运动轨迹规划与控制技术研究随着工业自动化程度的不断提高，机器人技术的应用越发广泛，成为人们生活中不可或缺的一部分。

在机器人的运动过程中，轨迹规划与控制技术起着至关重要的作用。

合理的轨迹规划可以提高机器人的运动效率和精度，并且能够在不同环境下实现机器人的智能运动；而控制技术则是指对机器人的自动控制和监测，以达到更准确和稳定的运动效果。

本文将从机器人运动的基本概念入手，深入探讨机器人轨迹规划与控制技术，并介绍目前机器人技术的一些前沿发展。

一、机器人运动的基本概念机器人运动是指机器人在一定空间范围内的运动过程，通常包括前进、后退、上下、左右等方向的运动。

机器人具有复杂的运动形式，比如直线运动、旋转运动、圆弧运动等，不同的运动形式需要采用不同的运动控制方式。

例如，直线运动通常采用平移关节的方式，而旋转运动则需要使用旋转关节。

另外，机器人的运动可以分为离线运动和在线运动。

离线运动是指预先规划好机器人的运动轨迹，并将其存储在计算机中，机器人按照预设的轨迹进行运动。

而在线运动则是指机器人在运动中实时检测周围环境的变化，通过内置传感器调整运动轨迹。

二、机器人轨迹规划技术机器人轨迹规划是指在组成机器人的各个部件运动实现复杂任务的基础上，确定机器人运动轨迹并优化控制方法的技术。

轨迹规划的目标是解决机器人运动路径预测和控制问题，能够为机器人提供适当的运动参数并控制运动方向。

在轨迹规划中，关键问题在于确定机器人运动的路径，需要考虑到机器人自身特性和任务要求。

其行进方向可以是直线或曲线，曲线通常可视为由许多直线衔接而成，这些直线段被称为轨迹线段。

轨迹规划通常需要考虑机器人的运动速度、角速度、方向变化、路径长度、相对位置和加速度等因素，这些因素的综合决定了机器人运动轨迹。

三、机器人控制技术机器人控制技术是指机器人的自动控制和监测，以达到更准确和稳定的运动效果。

控制技术的主要任务是对机器人运动状态进行实时监测，并对其运动过程进行控制和反馈。

简述下肢康复机器人的现状关键技术及发展

简述下肢康复机器人的现状关键技术及发展下肢康复机器人是指用于帮助患者恢复下肢功能的机器人设备，它可以促进患者下肢的肌肉力量、关节灵活性和神经控制能力，从而实现康复治疗的效果。

下肢康复机器人的发展已经成为医疗康复领域的热点话题，其现状及关键技术如下：一、现状：随着人口老龄化和运动损伤的增加，下肢康复机器人的需求越来越大。

目前市场上的下肢康复机器人类型较多，包括传统的被动式和主动式，以及近年发展起来的疑似组和基于神经控制的机器人等。

同时，科学家们也在努力探索机器人和人体协作的模式，以及机器人与机器人之间的协作模式，从而提高机器人康复治疗的效果。

二、关键技术：1. 传感与控制技术：下肢康复机器人需要实时获取患者下肢的状态信息，例如角位移、力矩等等，同时还要根据患者的运动情况调整机器人运动轨迹与力量，这需要用到传感与控制技术。

这些技术的先进程度可以决定机器人康复治疗的效果。

2. 运动学与动力学技术：机器人的运动学和动力学建模是下肢康复机器人开发的重要技术，可以实现机器人足端的位置、速度、加速度的测量与控制，从而保证机器人的动作精准度和稳定性。

3. 智能控制技术：智能控制技术是当前下肢康复机器人发展的关键技术之一，它可以实现机器人动作的智能化，从而更好地适应患者的康复需求。

4. 数据处理技术：数据处理技术可以帮助机器人快速、准确地处理各种患者下肢状态信息并分析康复效果，进一步优化康复治疗方案。

三、发展方向：1. 神经控制下肢康复机器人：基于神经控制的下肢康复机器人未来有很大的发展空间，这种机器人可以通过人脑信号识别、神经映射等技术实现与患者大脑的交互，从而实现更加自然和智能的运动康复。

2. 轻量化和柔性化设计：下肢康复机器人的轻量化、柔性化设计是未来的发展方向，这将使机器人更加便于使用和携带，同时可以更好地适应不同的康复需求。

3. 科技与医疗的结合：机器人技术的不断发展，将会与医疗技术、药物治疗等多种康复治疗方式相结合，从而为患者提供更加全面和个性化的康复治疗方案。

模型不确定的下肢康复机器人轨迹跟踪自适应控制

ｒｏｂｏｔｗｉｔｈｍｏｄｅｌｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ
ＹｉｎＧｕｉＺｈａｎｇＸｉａｏｄｏｎｇ・
ＣｈｅｎＪｉａｎｇｃｈｅｎｇＭａＷｅｉｇｕａｎｇ
Ｘｉ ’ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｌｉｍｂｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｒｏｂｏｔｃａｕｓｅｄｂｙｒｏｂｏｔ ’ ｓｍｏｄｅｌ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ
ＤＯＩ：１０．１３３８２／ｊ．ｊｅｍｉ．２０１６．１１．０１７
模型不确定的下肢康复机器人轨迹跟踪自适应控制
尹贵张小栋，陈江城马伟光
（１．西安交通大学２．西安交通大学机械工程学院西安７１００４９；现代设计与轴承转子系统教育部重点实验室西安７１００４９）
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ ’ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ；

下肢外骨骼机器人控制策略

下肢外骨骼机器人控制策略下肢外骨骼机器人是一种帮助行动不便的人们恢复行走功能的设备。

其控制策略的目标是使机器人能够与人体协调合作，实现自然、安全、高效的步态生成。

下肢外骨骼机器人的控制策略主要包括力控制、位置控制和动力学控制等。

一、力控制力控制是外骨骼机器人控制策略中最直观的一种方式。

通过力传感器测量外骨骼机器人与人体之间的力反馈，调整外骨骼机器人的输出力来与人体保持力的平衡。

力控制可以实现与患者肌肉的协同工作，从而帮助患者更容易地进行行走。

此外，力控制还可以应用于一些康复训练中，通过对人体施加一定的力量以促进患者的康复。

二、位置控制位置控制是另一种常用的下肢外骨骼机器人控制策略。

通过测量人体关节的位置和角度，并将这些信息与机器人的控制算法相结合，来控制机器人的运动。

位置控制可以实现对关节运动的精确控制，从而使机器人能够准确地跟随人体的运动。

此外，位置控制还可以根据患者的需求进行灵活地调整，以实现不同速度和步幅的步态生成。

三、动力学控制动力学控制是一种基于力和运动学的控制策略。

通过测量人体关节的动力学特性，并使用动力学模型来预测和优化机器人的控制策略。

动力学控制可以更好地模拟人体行走的动作，使机器人的步态生成更加自然和流畅。

动力学控制还可以根据不同地面情况和个体差异进行适应性调整，以适应患者的需求。

综上所述，下肢外骨骼机器人的控制策略主要包括力控制、位置控制和动力学控制等。

这些控制策略的目标是使机器人能够与人体协调合作，实现自然、安全、高效的步态生成。

未来，随着机器人技术的不断进步和康复医学的发展，下肢外骨骼机器人的控制策略也将不断完善，为更多需要帮助的人们提供更好的康复方案。

基于摆线的下肢康复机器人轨迹优化

2024年第48卷第1期Journal of Mechanical Transmission基于摆线的下肢康复机器人轨迹优化崔冰艳曾鸿泰杨中原桂小庚李贺王经纬（华北理工大学机械工程学院，河北唐山063210）摘要随着现代机器人学和医疗行业的迅速发展，使用康复机器人对下肢运动损伤患者进行治疗成为国内外研究热点之一。

为实现更好的康复治疗效果，对一种3自由度下肢康复机器人开展轨迹规划研究，模拟健康踝关节运动规律，对下肢康复机器人的运动轨迹进行了优化设计。

基于踝关节的康复、损伤机制和运动形式，对比分析几种少自由度平面对称并联机构，确定了以2UU-UPU 机构为康复执行机构的设计原型；对下肢康复机器人开展下肢康复训练的轨迹规划研究，推导了摆线运动规律、叠加摆线运动规律的轨迹规划运动公式，并验证了在不同康复训练条件下轨迹的合理性；为探究更合理的康复轨迹，使用光学动作捕捉系统采集坐姿状态下踝关节的运动轨迹，建立康复轨迹约束条件，提高了规划轨迹与人体动作的相似度，可实现更好的康复效果。

关键词康复机器人轨迹规划动作捕捉Trajectory Optimization of Lower Extremity Rehabilitation Robots Based on Cycloid Cui Bingyan Zeng Hongtai Yang Zhongyuan Gui Xiaogeng Li He Wang Jingwei(College of Mechanical Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China)Abstract With the rapid development of modern robotics and medical industry, the use of rehabilitation robots for the treatment of patients with lower limb sports injuries has become one of the research hotspots at home and abroad. In order to achieve better rehabilitation treatment effect, trajectory planning of a three-degree-of-freedom lower limb rehabilitation robot is studied, and the motion law of healthy ankle joint is simulated to optimize the trajectory design of the lower limb rehabilitation robot. Based on the rehabilitation, injury mechanism, and motion form of the ankle joint, a comparative analysis of several low degree of freedom planar symmetric parallel mechanisms is conducted, and a design prototype using a 2UU-UPU mechanism as the rehabilitation actuator is determined; research on trajectory planning for lower limb rehabilitation training of lower limb rehabilitation robots, trajectory planning motion formulas for cycloidal motion laws and superimposed cycloidal motion laws are derived, and the rationality of trajectory under different rehabilitation training conditions is verified. In order to further explore a more reasonable rehabilitation trajectory, the optical motion capture system is used to collect the ankle joint movement trajectory in the sitting position, establish the rehabilitation trajectory constraints, improve the similarity between the planned trajectory and the human movement, and achieve better rehabilitation effect.Key words Rehabilitation robot Trajectory planning Motion capture0 引言外骨骼这一概念在早期的科幻小说中被提出，在现实社会中最早被提出可以追溯到19世纪30年代[1]。