气动肌肉腕关节和下肢康复机器人及其控制技术研究
多关节康复机器人控制技术研究
多关节康复机器人控制技术研究随着人口老龄化问题的加剧，康复机器人技术作为一种创新的康复手段被广泛关注和研究。
多关节康复机器人控制技术在康复领域中起着重要的作用，它能够帮助康复患者实现运动功能的恢复和改善，提高康复效果。
多关节康复机器人控制技术主要包括机械设计、传感技术和控制算法等方面。
首先，在机械设计方面，要考虑机器人的结构设计和力传递机构。
机器人的结构设计应该符合人体工程学原理，保证患者舒适度和安全性。
力传递机构的设计应该能够实现力量的准确传递，使机器人能够精确控制关节的运动。
其次，传感技术是多关节康复机器人控制技术的关键。
康复机器人应该能够实时感知患者的运动状态和力量输入，以及环境的变化。
传感器可以用于获取患者的肌电信号、运动角度、力量等信息。
这些信息能够帮助机器人根据患者的实时情况进行相应的运动控制。
最后，控制算法是多关节康复机器人控制技术的核心。
控制算法能够将传感器获取的信息与预设的康复目标进行匹配，并生成相应的控制信号。
常用的控制算法有PID控制、神经网络控制和模糊控制等。
精确的控制算法能够使机器人实现对关节的精准控制，促进患者的康复进程。
多关节康复机器人控制技术在临床应用中取得了显著的成果。
首先，多关节康复机器人能够根据患者的康复需求进行个性化的康复方案制定。
机器人能够根据患者的实时反馈和医生的指导进行力度和速度的调整，实现康复过程的个性化。
这种个性化的康复方案有助于提高患者的参与度和康复效果。
其次，多关节康复机器人能够实现运动的重复性和准确性。
机器人能够按照预设的路径和力度进行运动，能够实现无限次的重复运动。
这有助于患者的肌肉功能的恢复和改善。
此外，多关节康复机器人还能够提供实时的运动反馈和康复指导。
机器人能够通过视觉、声音或触觉等方式实时反馈患者的运动情况，给予患者正确的运动指导。
这有助于患者在康复过程中保持正确的运动姿势和力度，避免运动错误的产生。
然而，多关节康复机器人控制技术还存在一些挑战和问题。
气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析
气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析气动机械手是一种机电一体化的特种机器人。
它基于气动原理，通过气缸、节流控制阀、离合器等元器件，实现各个部位的运动。
机器人拥有人类难以实现的灵活度和速度，是现代工业生产过程中不可或缺的一部分。
因此，对气动机械手关节结构的设计和运动学仿真分析非常重要。
首先，气动机械手关节结构设计的成功与否，直接关系到机械手的精度和效率。
目前，常见的气动机械手结构大致分为两种，一种是连续轴型，另一种是分体型。
连续轴型结构主要应用于需要连续运动的操作，如滚动、旋转等。
分体型结构则适用于需要机械手能够在单个方向上进行快速而准确的定位和移动。
在关节结构的设计中，需要考虑以下几点：一是材料的选择。
机械手需要经受极高的压力及扭转力，材料的强度、韧性等特性都需要符合设计需求。
二是接头的设计。
机械手的运动靠关节的连接完成，接头的稳定性和精度直接影响到机械手的运动质量。
因此，在接头的设计中，需要注重紧固件的种类、紧固方式、接触面、间隙颗粒等问题。
三是气缸的选择。
气缸是机械手的核心部件，需要选择合适的型号和规格。
要求气缸具备高的工作压力、精度、可靠性及长寿命等特点。
四是其它部件的设计。
机械手的运动还需要配合其他辅助部件完成，如离合器、节流控制阀、气管等，设计时需要考虑每个部件的配合度和稳定性。
其次，运动学仿真分析的设计是机械手研发的一项重要工作。
通过运用仿真软件，可以模拟机械手的运动，对机械手的参数及结构的优化、修改及改进提供帮助。
运动学仿真分析主要包括以下几个方面：一是建模与导入。
将机械手的三维模型导入到仿真软件中，建立机械手的虚拟模型。
二是建立运动学模型。
对机械手的运动进行建模，包括关节角度、轴向位置、速度以及加速度的变化等。
三是运动分析。
通过对运动学模型的计算，进行机械手运动性能的分析。
通过计算机模拟，可以更好的评估机械手的运动性能，包括工作速度、运动精度、定位精度及负载能力等。
四是参数优化。
下肢外骨骼机器人系统设计与试验分析
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动规律,研究基于人机交互作用原理的力随动控制算法,进行外骨骼机器人样机开发与性能验证,并对其 运动特性和助力性能进行评估.
1柔性外骨骼系统的硬件设计
1.1外骨骼系统结构设计 本文设计的外骨骼系统，由柔性驱动关节、柔性支撑杆和柔性支架构成，柔性外骨骼虚拟样机、实物及
中图分类号:TP2；TH13
文献标志码:A
文章编号：1007-855X(2021)03 -0071 -10
Design and Experimental Analysis of Lower Limb Exoskeleton Robot System
ZHANG Fujie1, LI Zijian1, ZHAO Jianghai2, CHEN Shuyan2, CHEN Danhui2, YU Zhipeng2
自2004年美国加州伯克利大学研制出了第一款液压驱动外骨骼机器人BLEEX以来⑷，国外学者陆 续研发出多款适用于各领域的外骨骼机器人，如日本筑波大学Yoshiyuki Sankai研究团队研制的HAL外骨 骼机器人⑷，适用于脑卒中、肢体残障认识或老年行动机能衰退的患者的康复训练;以色列ReWalkrobotics 研发的ReWalk下肢外骨骼助力机器人和美国伯克利仿生技术公司研发的eLEGS外骨骼系统，都是采用 电池供电的仿生机械腿,在智能手杖的辅助下，协助下肢瘫痪的病人能够再次站立行走⑷；日本Honda Walking Assist辅助装置和韩国SeoKeehong团队研发的轻便外骨骼机器人Gems,结构部件大都采用轻便 的碳纤维材料，总重量均小于4 kg,在髓关节处安装微型电机提供抬腿助力辅助老年人日常行走，用以提 高老年人步态功能和中风患者复健国；美国哈佛大学设计的柔性外骨骼Soft Exosuit,与传统刚性外骨骼不 同，驱动方式采用了气动肌肉,大量取消了刚性元件,实现运动过程中对人体运动的干涉最小化同；与有动 力源的外骨骼机器人不同，无源被动式外骨骼机器人主要通过机械支架牵引和弹性元件储能，将人体运动 过程中的能量循环利用，从而降低穿戴者自身的能量消耗，如加拿大的Mawashi公司为美国海豹突击队研 制的超轻被动型士兵外骨骼系统UPRIS和俄罗斯驻叙利亚的工兵执行扫雷任务用的K-2单兵外骨骼系 统⑺；国外研发的外骨骼机器人还包括新加坡南洋理工大学的LEE、美国Parker公司的Indego、美国Ekso Bionic公司商业化的Ekso等外骨骼机器人囲.
下肢康复机器人PPT
[8] SterrA,FreivoghlS.Motor-improvementfollowingintensivetraininginlowfunctioning chronichemiparesis[J].Neurology,2003,61(6):842-844.
[9] LiepertJ,BauderH,WolfgangHR,etal.Treatment-induced corticalreorganization are organization after strokeinhumans[J].Stroke,2000,31(6):1210-1216.
总结
首先根据人体参数和步态轨迹对下肢康复机器人工 作空间进行了分析,然后根据康复机器人总体设计要求 设计了总体方案,步态机构实现整个下肢的运动,姿态机 构实现下肢踝关节的位姿运动。最后设计出脚踏式下 肢康复机器人总体结构。
参考文献
[1]李军强,王娟,赵海文,等.下肢康复训练机 器人关键技术分析[J].机械设计与制 造,2013(9):220-223. [2]郭素梅,李建民,吴庆文,等.Lokomat全自 动机器人步态训练与评定系统的应用[J].中 国医疗设备,2011,26(3):94-96. [3]马素慧,刘丹,郝正伟,等.Lokomat康复训 练机器人对脑卒中 患者下肢运动功能恢复的影响[J].山东医 药,2012,52:52-54
选用电动机驱动的驱动方式。步态电机和姿态电机都采 用伺服电机，伺服驱动器总是与其对应的同等功率的伺服电 机一起配套使用。通过脉冲输入接口来接受从上位控制器发 来的脉冲序列，进行速度和位置的控制，通过数字量接口信 号来完成驱动器运行的控制和实时状态的输出。Leabharlann 142.6机械部分总体结构
下肢康复机器人技术及气动肌肉的应用
下肢 康 复 机 器人 技术 及 气动 肌 肉的应 用
滕 燕 ，杨罡 ，李 小宁 ，吕征
（ ．南京理 工大 学机械 工程 学 院 ，江苏 南京 ２ ０ ９ ； １ １ ０ ４
２ ．南京 医科 大学第一 附属 医院骨科 ，江 苏 南京 ２０ ２ ） １０９
摘要 ：利用康复训练器械对受伤下肢进行及时 的康 复训练是 提高下肢 康复质量 的有效临床 干预手段 。结合近 年来 国内
ｔ ｉｉ ｐ ｌ ｎｅｆ ｊｒｄｌ ｅ ｍｂｔ ｅ ．Ｔ ｅｄｖｌ ｍ ｎ ｓｕｔ ｎｏ ｗ ｒｉ ｂｒｈｂｌａ ｏ ａｎ ｇ ｐ ｌ ｎｅｗ ｓ ｎｌｚｄ ｒ ｎｎ ａｐ ａｃ ｒｉ ｕｅ ｗ ｒ ｉ ｍ ｌ ａ ｇ ｉ ｏ ｎ ｏ ｌ ｉ ｙ ｈ ｅｅｏ ｅｔ ｉ ａｉ ｆｏ ｅ ｍ ａｉｔｉｎｔ ｉｉ ｐｉ ｃ ａ ａｙｅ ｐ ｔ ｏ ｌ ｌ ｅ ｉｔ ｒ ｎ ａ ａ ａ
伤后应 以静置修 复为 主 ，待骨骼组织愈合后再进行关 节功能锻炼。但 现代 医学发现 ，长期静置会导致关节 囊粘连 、挛缩 ，关节僵硬 或强直 ，而且会 不同程度地 出现下肢关节废 用性 肌 肉萎缩 和退 行性关 节炎 ， 使下肢运 动功 能缺 失 ，严 重影 响患 者 Ｅ后 的生 活质 ｔ 量 。因此 ，如何在下肢受伤后及时帮助患者消除和减 轻各项关节功能障碍 、弥补 和重建各项关 节功能缺失 成为患者和医疗工作者越来越关注的问题。
外的主要研究成果 ，分析总结了下肢康复训练器械的研究现状 ，按驱动方式 的不 同将下肢康 复训 练器械进行 了分类并分 析 了各 自的特点 ，同时指 出柔顺性 、安全性和智能化是下肢康复器械未来的发展方 向。
关键词 ：康复 ；下肢 ；柔顺
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ Ｐ４ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ ３ ８ （ ０２ １ ０ １— ８ １ ２ １ ） ５—１７— ３ ４
下肢外骨骼康复机器人动力学仿真与
2022年第46卷第12期Journal of Mechanical Transmission下肢外骨骼康复机器人动力学仿真与分析马晓君1刘玉阳1贾秋生2刘德胜3刘训报1袁铭润3（1佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯154007）（2哈尔滨轴承集团公司，黑龙江哈尔滨150002）（3佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯154007）摘要下肢外骨骼康复机器人可以有效提高下肢运动功能受损患者的康复效率，减轻康复医师的工作量。
设计了一款气动肌肉驱动的下肢外骨骼康复机器人。
为探究外骨骼机器人运动状态和各关节运动机理之间的关系，采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行动力学建模，将建立好的虚拟样机模型导入Adams中进行动力学仿真，得到下肢外骨骼康复机器人在不同运动状态下各关节在运动过程中转矩的变化情况，对仿真数据进行分析，验证了数据的正确性，为下一步实物样机制作及驱动器的选择提供了理论依据。
关键词外骨骼机器人拉格朗日方程动力学仿真虚拟样机Simulation and Analysis of Dynamics of Lower Limb Exoskeleton Rehabilitation Robots Ma Xiaojun1Liu Yuyang1Jia Qiusheng2Liu Desheng3Liu Xunbao1Yuan Mingrun3（1School of Mechanical Engineering,Jiamusi University,Jiamusi154007,China）(2Harbin Bearing Group Corporation,Harbin150002,China)（3School of Information and Electronic Technology,Jiamusi University,Jiamusi154007,China）Abstract A lower limb exoskeleton rehabilitation robot can effectively improve the rehabilitation efficien⁃cy of patients with impaired lower limb motor function and reduce the workload of rehabilitation physicians. Therefore,a lower limb exoskeleton rehabilitation robot is designed,the relationship between the motion state of the exoskeleton robot and the motion mechanism of each joint is explored,the Lagrange equation to model the dynamics of the lower limb exoskeleton is used and the established virtual prototype model into Adams for dy⁃namic simulation is imported.Further,the torque changes of each joint of the lower limb exoskeleton rehabilita⁃tion robot in different motion states are obtained.The data are analyzed to verify the correctness of the data, which provides a theoretical basis for the next step of the physical prototype fabrication and the selection of the actuator.Key words Exoskeleton robot Lagrangian equation Dynamics simulation Virtual prototype0引言现如今，由于脑卒中、车祸或其他原因引起身体运动功能受损的人口数量在不断增加，从事有关康复训练的专业人员严重不足，因此，开发一种能够代替康复医师工作的机器人成为当下一个研究热点[1]。
气动肌腱的应用
气动肌腱的应用
气动肌腱是一种基于空气或气体的力学装置，其通过控制流体压力来实现机械运动。
它的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：
1. 机器人技术：气动肌腱广泛应用于机器人技术中，尤其是柔性机器人的设计和制造中。
相比于传统的刚性结构，气动肌腱的柔性和可变形性使得机器人具备更好的运动灵活性和适应性。
2. 生物医学工程：气动肌腱在医学领域的应用也非常广泛，例如用于仿生假肢的设计和制造，通过气动肌腱可以实现更加精准和自然的肢体运动。
3. 工业自动化：气动肌腱可以用于工业自动化中的夹具和搬运设备，通过调节气压可以实现物体的抓取和搬运。
4. 辅助功能设备：气动肌腱还可以用于辅助功能设备的设计，例如用于辅助行走的助力器具、智能座椅等。
通过调节气压可以提供力量支持和稳定性，帮助人们更好地完成各种动作和活动。
总之，气动肌腱作为一种新兴的力学装置，其应用潜力还在不断扩大和拓展，未来有望在更多领域发挥更重要的作用。
一种气动驱动新型上肢康复机器人
院提供的临床医学数据 ， 如表 １ 所示 ， 选定上肢运动最基本也是
最重要 的三个关节加以分析 。
表 １关节运动参数
缺乏量化的客观评价， 不能够实时监测治疗效果。 为解决这些康复训
练过程中出现的问题 ， 需要安全 、 、 定量 有效及可进行重复训练的新
技术 ， 因此机器人辅助训练技术在这种背景下应运而生 。 目前 ， 于上肢康复机器人 的研究 ， 对 国外 的辅助康 复治疗机 器人设 备已有很 多 ， 所运用到的机器人技术也各有不 同； 而国内 的研究起步较晚 ，但一些研究机构和部分 高校也已展开研究 ， 并
Ｉ ｈ ｅ ｏ ｅ ｉ ｌｉｐ ｍ ｎｔ ｍ ｓｒ ｍ ｌｅ ｐｓｖ ｔ ａ ｉ ｔｅ ａ ｌｄｒ ｏ ｄ ｎｆ ｒｔｅ ｃｖ ｙｍ ｌ ｅｔ ｅｉｂｆ ｍｃ ｐ ｔｙ ａ ｉ ｓｖ ｔａ ｉ ｉ ｙ ｏ －； ｓ ｗ ａ ｅ ｔ ｆ ｔｅ ｅ ｌ ｆ ｏ ｈ ｏ ｏ ｅ ｌ ｓ ｅｏ ｓ ｅｏ ｃｖ ｍ ｎ ａ ｐ
ｉｈ ｅｅ ｒ ｄｈｆｘｉｙ ｐｅ ａｃｅ ｎｏ ａ ｌ ｔｔ ｌｏｒａｌｔｎＡｄ： ｅｔ ｃｉａ ｅｅｂｉ ｎ ｍｔｔｈｏｇｉｐ ｉ ｉｏｈｆ ｄｆｅ ｂｉｉ． Ｔ ｎｈｓｕｔ ｎｔ ｉｌ ｏ ｕ ｉ ｃ ｌｙｓ ｐｅ ｎ ｅｅ ｉａｏ ｎ ｙ ｌ ｔｆ ｄ ｉ ｈ ｔ
得 到了一些初步的结论 。如 由 ＭＩ Ｔ研制 的 Ｍ Ｔ ＭＡ Ｕ Ｉ— Ｎ Ｓ机器人
从上表我们 可以总结出上肢运动主要有 ５ 自由度 ：肩关 个 节前屈／ 、 后伸 肩关节外展／ 、 内收 肩关节内旋／ 、 外旋 肘关节屈曲肿 展、 腕关节屈／ｂ ＇。 ｆ ￣
以及 Ｈａｔ ｓ ｒ ｐｉＭａｔ 机器人口 ｃ ｅ 】 。而这些康复训练机器人通常采用 电 机驱动 ， 造成设备的结构复杂 、 价格昂贵 ， 并且 由电机驱动的机械 系统刚性大 、 柔性差 ， 难以在康复训练 中适应患肢 由“ 动” 半 被 到“
(完整版)基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动_力学仿真毕业论文
南京工程学院毕业设计说明书(论文)系部：机械工程学院专业：机械电子工程题目：基于气动人工肌肉驱动的多关节机械手指动力学仿真指导者：闫华副教授评阅者：2015 年 5 月南京毕业设计说明书（论文）中文摘要由于气动人工肌肉比重小、结构紧凑，占用空间小等优点，本文提出一种曲柄滑块机构来驱动手指弯曲，让气动人工肌肉驱动滑块运动，首先设计气动肌肉手指关节结构，并用SolidWorks绘制手指的三维图，利用ADAMS和MATLAB 进行动力学联合仿真，在手指端设置一定的负载，输入手指三个关节的直线驱动，观察手指末端的角速度变化和三个驱动力的变化，最后根据气动肌肉的驱动原理进行了气动肌肉灵巧手关节运动的控制研究，利用比例压力阀对气动肌肉压力进行控制，使气动肌肉横向收缩带动滑动移动，从而实现对手指关节弯曲角度的控制。
关键词：仿人灵巧手；关节设计；气动肌肉；动力学仿真毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Dynamic simulation of multi joint robotic fingers based on pneumatic muscle driven muscle AbstractBecause of the small proportion of pneumatic muscle, compact structure and small space occupancy, etc. In this paper, a slider crank mechanism drive the finger bending. The slider crank mechanism is driven by artificial muscles, Firstly, designing pneumatic muscle finger joint structure, And with the SolidWorks drawing fingers entity graph, using ADAMS and MATLAB co-simulation of the dynamics, the fingertip set certain load, input linear drive of the three joints of the fingers, to observe the change of the angular velocity of the finger tip and three driving force of change, finally according to the driving principle of the pneumatic muscle was analyzed by gas dynamic muscle dexterous hand joint movement control research, using the proportional pressure valve of pneumatic muscle pressure control, pneumatic muscle transverse shrinkage to drive the sliding movement, in order to realize the control of the flexion angles of finger joints. Keywords: Dexterous hand; Structural design; Pneumatic muscles; Dynamic simulation目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1课题项目的背景 (2)1.2气动人工肌肉多关节手指的国内外发展现状 (2)1.3气动技术的介绍以及发展前景 (4)1.4论文研究的内容和方法 (6)第二章多关节手指的结构设计及建模 (7)2.1 气动肌肉的介绍 (7)2.1.1 气动肌肉的内部结构 (7)2.2 气动机械手指的基本结构 (8)2.2.1 绘图软件SoildWorks介绍 (8)2.2.2 整体设计方案的设计 (8)2.2.3 手指的关节设计 (9)2.2.4手指关节的建模 (11)2.3 灵巧手指的装配和三维模型的导出 (11)第三章多关节手指的动力学仿真分析 (12)3.1仿真软件ADAMS和MATLAB简介 (12)3.2 动力学仿真过程介绍 (13)3.2.1 ADAMS参数设置过程 (13)3.2.2 建立MATLAB控制模型 (16)3.3 动力学仿真结果分析以及结论 (17)第四章气动肌肉灵巧手指的控制系统设计 (18)4.1气动肌肉回路原理和设计 (18)4.1.1气动回路器件的选择 (19)4.2灵巧手指的关节控制系统 (20)4.2.1控制系统的原理 (20)4.2.2控制系统的硬件选择 (21)4.3 D/A控制界面的设计和程序的编写 (22)|第五章结论及总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)前言随着机器人技术的日益成熟，工业机器人极有可能最终取代机床，成为新一代工业生产的基础。
下肢外骨骼康复机器人设计及其运动学分析
下肢外骨骼康复机器人设计及其运动学分析夏田;桓茜;陈宇;徐建林;韩瑞琪【摘要】A rehabilitation device of human lower limb exoskeleton is designed for walking aids and rehabilitation training using the way of motor drive.By establishing the D-H (Denavit-Hartenberg) model of lower limb exoskeleton,the coordinate equations of hip joint,knee joint and ankle joint are derived.The kinematics simulation of lower limb exoskeleton is performed under the ADAMS environment.The coordinate curves of hip,knee and ankle joints are analyzed.The results show that the joints of the lower limb exoskeleton have a continuous trajectory in space.%采用电机驱动方式,设计一种用于辅助行走和康复训练的人体下肢外骨骼康复装置.将下肢外骨骼简化为矢状面内的五杆机构,建立相应的D-H(Denavit-Hartenberg)模型,推导出一个步态周期内髋关节、膝关节、踝关节和脚尖的坐标方程.在ADAMS环境下,对下肢外骨骼进行运动学仿真分析,所得到的髋关节、膝关节和踝关节的坐标变化曲线表明:下肢外骨骼各关节在空间中具有连续的运动轨迹.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】5页(P452-456)【关键词】下肢外骨骼;五杆机构;运动学方程;D-H模型;仿真分析;ADAMS软件【作者】夏田;桓茜;陈宇;徐建林;韩瑞琪【作者单位】陕西科技大学机电工程学院, 陕西西安 710021;陕西科技大学机电工程学院, 陕西西安 710021;陕西科技大学机电工程学院, 陕西西安 710021;陕西科技大学机电工程学院, 陕西西安 710021;陕西科技大学机电工程学院, 陕西西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TP2422015年底，我国60岁以上的老年人口约占到总人口的16%，呈现出老龄化趋势.老年人的行走运动障碍问题已经成为社会运作的一个巨大压力.用于辅助康复和治疗的机器人越来越多地被用来帮助老年人、残疾人和运动障碍患者进行辅助行走和康复训练，机器人辅助下肢康复的领域也得到了迅速地发展[1-4].下肢外骨骼康复机器人是一种具有一定可穿戴性的机械系统装置，要求外骨骼装置与人体下肢高度地耦合以辅助人体下肢运动，即要求其工作原理应尽可能地满足人体下肢的运动机理，实现一种整体的协调运动.本文采用电机驱动方式，设计出一种下肢外骨骼机械结构，建立了下肢外骨骼的D-H(Denavit-Hartenberg)运动学模型，并在ADAMS环境下对其运动学方程进行了仿真分析.一个步态周期是指从一侧足跟着地到该足跟再次着地所经历的时间，如图1所示.以右腿(图中黑色部分)为研究对象，将整个步态周期划分为3个典型的步态时相，包括单腿支撑相、双腿支撑相和摆动相.其中，支撑相表示足部和支撑面之间接触，摆动相表示足部和支撑面之间离开[5].一个步态周期内，左侧腿和右侧腿上髋关节、膝关节和踝关节的屈/伸角度(α)随着时间(t)的关系曲线，如图2所示.由图2可知：髋关节屈/伸的活动度为-2.40°～29.00°；膝关节屈/伸的活动度为1.25°～54.00°；踝关节背屈/趾屈的活动度为-4.00°～33.00°.2.1 下肢外骨骼结构特征下肢外骨骼结构特征，如表1所示.对人体下肢向机械进行简化，将大小腿及脚骨头视为刚性杆件，髋关节、膝关节和踝关节视为杆件之间的运动副，肌肉组织则起着驱动的作用.2.2 下肢外骨骼机械结构设计一种电机驱动型的仿人型下肢外骨骼康复机器人，如图3所示.它主要包括动力源、背带架、髋部支架、髋部驱动、膝部驱动和踝部机构等.根据各关节的力矩，在下肢外骨骼髋关节和膝关节处分别设计一个驱动电机，髋关节处电机和大腿部采用垂直布置方式；膝关节处电机和小腿采用平行布置方式，并且电机和膝关节之间设计一个直角锥齿轮的换向装置.这种布位方式使膝关节处的横向尺寸减小，提高了膝部安装和驱动的稳定性，更加有利于人体的正常平稳行走.人正常行走时，踝关节背屈/趾屈运动的重要性更为突出，又因踝关节自身空间比较狭小，且大多数踝关节处的扭伤主要发生在背屈/趾屈上，故踝关节处的设计只保留实现人体踝关节背屈/趾屈运动的1个自由度.各关节的自由度处分别设计有限位结构的功能，以满足各关节的活动度.此外，身高160～180 cm的人群大小腿长度变化范围约6 cm，故在下肢外骨骼大小腿构件上有6 cm以上的长度调节.3.1 D-H模型的建立下肢外骨骼机器人是一种由多个刚性构件串联而成的开环链式结构[6].由于下肢外骨骼的对称性，只需建立一侧外骨骼的模型即可，将其简化为五杆模型，如图4所示.图4中：O0X0Y0Z0是建立在背带架和髋部支架连接处的坐标系；O1，O2和O3分别为髋关节(屈/伸)、膝关节(屈/伸)和踝关节(背屈/趾屈)的运动坐标系原点；l1，l2，l3和l4分别为髋部支架、大腿、小腿和脚部构件的长度；θi为杆件i 与坐标系x轴之间的夹角；αi为相邻坐标系z轴之间的夹角；di为相邻坐标系z轴之间的距离.在矢状面内，各关节的轴线和坐标系原点均在同一平面内，故αi=0，di=0，下肢外骨骼D-H模型的运动参数，如表2所示.下肢外骨骼D-H模型中相邻杆件的位姿矩阵分别为3.2 运动学分析下肢外骨骼的运动学正问题是根据图1所知的各关节的角度随时间的变化关系曲线，求解各关节相对于坐标系O0X0Y0Z0的位置和姿态，进而得到步态周期内各关节随时间的轨迹变化曲线.下肢外骨骼膝关节、踝关节及脚尖相对于坐标系O0X0Y0Z0的位姿矩阵分别为上式中:R02，R03和R04分别表示膝关节、踝关节和脚尖的姿态；P02，P03和P04分别表示膝关节、踝关节和脚尖的位置.又因髋关节、膝关节和踝关节分别为其运动坐标系的原点，根据齐次坐标变换原理，可知各关节及脚尖在矢状面内相对于坐标系O0X0Y0Z0的齐次坐标方程为上式中:dhip,dknee,dankle和dtoe分别为步态周期内髋关节、膝关节、踝关节和脚尖的坐标方程.取θ2=90°，θ3=0°，θ4=90°，即为人体站姿，θ2′=0°，θ3′=90°，θ4′=90°，即为人体坐姿，将其分别代入上式，则可得两种姿态下各关节的坐标为根据各关节的坐标式可知，人体正常站和坐时，下肢外骨骼机器人的各关节的位姿符合要求，说明下肢外骨骼的运动学分析是正确合理的.4.1 ADAMS环境下的仿真将图2所示的下肢外骨骼机器人的简化模型导入ADAMS中，分析其在一个步态周期(1.5 s)中矢状面内的髋关节、膝关节和踝关节的运动轨迹变化曲线，验证下肢外骨骼装置模拟人体行走的合理性，有如下3个主要分析过程.1) 下肢外骨骼各关节连接处定义为旋转副约束，在髋部支架的质心位置设定为移动副约束,在脚部构件与行走支撑面之间设定为接触力约束(solid-solid)[7].2) 图1所示一个步态周期内各关节的角度随时间的变化数据，将其保存为.txt格式，导入ADAMS中生成左腿和右腿各个关节的Spline曲线函数[8-9].3) 在各关节的旋转副约束处设定为旋转驱动，并将各关节的驱动函数修改为AKISPL (time，0，SPLINE_1，0)*1d，AKISPL (time，0，SPLINE_2，0)*1d等. 人体正常行走的步态周期为1.5 s，故仿真时间设定为1.5 s.图5为一个步态周期内样机模型的仿真运动.图5中：各关节具有连续的运动轨迹，可以满足下肢运动的可达性，符合人体正常行走的运动特征.以下肢外骨骼的右侧腿为例，仿真结束后，在坐标系O0X0Y0Z0对应的位置处创建Marker点(即坐标点O0)，分别测量髋关节、膝关节和踝关节相对于该Marker点的距离变化曲线，如图6所示.4.2 仿真结果分析下肢外骨骼在一个步态周期内，髋关节(屈/伸)设计在髋部支架的下端，髋关节的坐标原点O1相对于坐标点O0在X和Y方向上的运动是不变的，故髋关节水平方向和竖直方向的变化曲线为一条直线(图6(a)).其中,竖直方向的50 mm为实体结构中髋关节中心与髋部支架之间的杆件长度，而在D-H模型的理论分析中，未考虑结构的实际装配，故dhip的y值为0.膝关节(屈/伸)和踝关节(背屈/趾屈)的坐标原点O2和O3相对于坐标点O0在X 和Y方向上的运动是变化的.图6(b)中：0.5 s时刻，下肢外骨骼右侧腿的大腿处于竖直支撑状态，膝关节水平方向上与O0点的距离为125 mm，膝关节竖直方向有最大值546 mm，即右侧腿的膝关节中心与髋部支架之间的杆件总长度为546 mm(图2中大腿杆件长496 mm)；1.12 s时刻，右侧腿的大腿摆动到最大位置，膝关节水平方向有最大值353 mm，竖直方向有最小值483 mm.图6(c)中的最大值942 mm表示在竖直支撑状态时踝关节中心与髋部支架之间的杆件总长度(图2中小腿杆件长396 mm).1) 采用电机驱动方式，设计出一种人体下肢外骨骼康复装置，并且膝关节和电机之间设计有直角锥齿轮的换向装置，踝关节处的设计只保留1个实现踝关节背屈/趾屈运动的自由度，各关节的自由度处分别设计有限位结构的功能.2) 在矢状面内，将下肢外骨骼简化为五杆机构，建立其D-H数学模型，推导出一个步态周期内髋关节、膝关节、踝关节和脚尖的运动学方程.3) 通过ADAMS的仿真分析，得到髋关节、膝关节和踝关节的坐标变化曲线，结果表明:各关节在空间中具有连续的运动轨迹，并且各关节仿真曲线符合理论分析，为下肢外骨骼的结构设计和运动学研究提供重要的依据.【相关文献】[1] CHEN Bing，MA Hao，QIN Laiyin，et al.Recent developments and challenges of lower extremity exoskeletons[J].Journal of Orthopaedic Translation，2016，5(10):26-37.[2] YAN Tingfang，CEMPINI M，ODDO C M，et al.Review of assistive strategies in powered lower-limb orthoses and exoskeletons[J].Robotics and Autonomous Systems，2015，64(11):120-136.[3] ESQUENAZI A，TALATY M，PACKEL A，et al.The ReWalk powered exoskeleton to restore ambulatory function to individuals with thoracic-level motor-complete spinal cord injury[J].American Journal of Physical Medicine and Rehabi，2012，91(11):911-921.[4] KOZLOWSKI A，BRYCE T，DIJKERS M.Time and effort required by persons with spinal cord injury to learn to use a powered exoskeleton for assisted walking[J].Topics in Spinal Cord Injury Rehabilitation，2015，21(2):110-121.[5] KIM W，LEE S H，KANG M，et al.Energy-efficient gait pattern generation of the powered robotic exoskeleton using DME[C]∥IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.Taipei:IEEE Press，2010：2475-2480.[6] CHEN Jiangcheng，ZHANG Xiaodong，ZHU Lei.Kinematics analysis and three dimensional simulation of the rehabilitation lower extremity exoskeleton robot[J].The International Journal of Soft Computing and Software Engineering，2013，3(3):343-345. [7] 高东强，王伟.摆线钢球行星传动机构设计与仿真分析[J].陕西科技大学学报，2014，32(6):139-144.[8] LI Yanbei，YAN Lei，QIAN Hua，et al.Dynamics and kinematics analysis and simulation of lower extremity power-assisted exoskeleton[J].Journal of Vibroengineering，2014，16(2):781-791.[9] 夏田，桓茜，陈宇，等.人体下肢外骨骼康复机器人的仿真分析[J].陕西科技大学学报，2016，34(6):157-158.。
下肢康复机器人
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。
单腿多自由度下肢康复机器人设计
单腿多自由度下肢康复机器人设计随着社会的发展和人们对健康的重视，康复机器人越来越受到关注。
单腿多自由度下肢康复机器人是利用现代机械电子技术及生物力学原理，为下肢瘫痪患者提供康复训练的一种先进设备。
本文将从机器人的设计、功能和应用方面进行探讨。
1. 设计概述单腿多自由度下肢康复机器人主要由机械结构、传动系统、传感器、控制系统等部分组成。
其主要功能是通过其独特的设计和高性能控制技术，实现对下肢瘫痪患者的康复训练。
（1）机械结构机械结构是单腿多自由度下肢康复机器人的骨架，也是机器人进行康复训练的基础。
其设计需要考虑机械臂的刚度、自由度和适应性等。
为了提高机器人的适应性和舒适性，机械结构还需要与患者的身体结构相匹配，保证训练的有效性和安全性。
（2）传动系统传动系统是机械臂执行机构的核心部分，其设计需要考虑速度、力矩、精度和稳定性等因素。
传动系统还需要具备良好的可控性和可调节性，保证机器人能够适应不同的康复训练需求。
（3）传感器传感器是单腿多自由度下肢康复机器人实现智能控制的重要组成部分，主要用于采集患者的生理信号和机器人的运动状态。
传感器的种类主要包括力传感器、姿态传感器等，其准确性和稳定性对机器人的控制性能有着重要影响。
（4）控制系统控制系统是单腿多自由度下肢康复机器人的大脑，其设计需要考虑康复训练的控制策略、控制算法和控制器的选择等。
控制系统的性能直接影响机器人的运动性能和康复训练效果，因此需要具备高精度、高鲁棒性和高效率的特点。
2. 功能描述单腿多自由度下肢康复机器人的主要功能包括康复训练、姿态监测、生理参数监测、数据存储和分析等。
（1）康复训练机器人通过带动患者的下肢进行多种康复训练动作，如行走、跑步、踏步等，以恢复患者下肢功能。
（2）姿态监测机器人能够实时监测患者下肢的姿态，包括关节的角度、速度和加速度等信息，为康复训练提供数据支持。
（3）生理参数监测机器人能够通过心率、血压、呼吸频率等生理参数监测患者的身体状况，以便及时调整训练强度和方式。
踝关节康复机器人研究综述
Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2021, 10(2), 229-235Published Online April 2021 in Hans. /journal/methttps:///10.12677/met.2021.102026踝关节康复机器人研究综述雷毛高1，吴海帆1*，刘勇2，范淑波2，陈帅1，谭信国1，徐海明11大连理工大学，机械工程学院，辽宁大连2大连医科大学附属第一医院，辽宁大连收稿日期：2021年3月9日；录用日期：2021年4月15日；发布日期：2021年4月22日摘要本文查阅了踝关节康复机器人国内外相关文献，从功能和结构形式对其进行分类介绍。
将踝关节康复机器人分为单自由度和多自由度两类，并将多自由度分为串联并联和混联形式，介绍了相应结构特征及应用方法。
最后，对踝关节康复机器人的发展前景进行了展望。
关键词踝关节运动，康复，训练，机器人A Survey of Researches on AnkleRehabilitation RobotMaogao Lei1, Haifan Wu1*, Yong Liu2, Shubo Fan2, Shuai Chen1, Xinguo Tan1, Haiming Xu1 1School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning2The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian LiaoningReceived: Mar. 9th, 2021; accepted: Apr. 15th, 2021; published: Apr. 22nd, 2021AbstractThis paper reviews the related domestic and international literatures of ankle rehabilitation ro-bot, describes and classifies the robots according to its function and structure. The ankle rehabili-tation robot is classified into single degree of freedom type and multi-degree of freedom type and the multi-degree of freedom is divided into series-parallel and hybrid forms. The structure cha-racteristics and the application are introduced. Finally, the development trend of ankle rehabilita-tion robot technology is prospected.*通讯作者。
下肢康复训练机器人(1)
2. 3 步态训练分析评估系 统: L okehelp 工 作站中, 计算 机 科学的应用得以充分的体现。整机软件操作系 统可以通过 电
脑或者 L CD 显示器的 WU S 触摸屏对患者的整个训练程序进 行设置和控制, 并将训练过程中的各项参 数进行测 量、存储 和 分析。踏车控制程序对 速度, 倾角, 时 间, 距离 等参数 进行 程 序设定; 脉搏控制操作 程序 对脉 率、速 度负 载进 行参数 设定。 训练过程中的数据通过专用接口存储至系统中 生成测量值 曲
等早日让患者达到坐位平衡 3 级; 在 达到坐位平 衡 3 级时, 应 强化患者的坐- 站训练、患 肢负 重、站位平 衡、重心 转移等 针 对性训练[3] ; ( 2) 神经肌肉促进技术始终贯穿 治疗的整个 过程 如 Brunnstro m、Ro od、Bo bat h、M RP 等逐渐诱发随意运动及分 离运动出现[4] ; ( 3) 传统康复治疗方法: 针灸治疗, 主要针 对运 动功能障碍, 临床常见取穴为肩 髃、曲池、手三里、合谷、外关、 髀关、伏兔、丰隆、风市、环跳、委 中、阳陵泉、足 三里、悬 钟、三Biblioteka 康复下肢康复训练机器人
倪俊瑜
( 无锡市康复医院器械科, 江苏 无锡 214000)
中图分类号: R 49
文 献标识码: B
文章编号: 1673 6567( 2011) 01 0127 02
康复机器人是近年来发展起来的一种新的 运动神经康 复
治疗技术, 作为医疗机器人的 1 个重要分 支, 它 贯穿了康复 医 学、生物力学、机械学、电子 学、材料学、计 算机 科学以 及机 器
2 下肢康复机器人 的结构 组成 及功 能: 根 据 L o kehelp 工 作站的结构和功能可将其分成减重装置系统、跑台 系统、步 态
气动人工肌肉及其在双足机器人中的应用文档资料ppt课件
参数说明： b：纤维长度； n：编织纤维的圈数； θ：气动人工肌肉编织角； D ：加压前气动人工肌肉直径；
图 气动肌肉理想几何模型
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
微小化，而电机、气缸和液压驱动器则难以达到这一要求；
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
1.2 生物肌肉的组成
图 生物肌肉的结构图 人体全身有639块骨骼肌，众多肌束，约60亿条呈圆柱形的肌纤维组成。 每块肌肉表面由称作“肌包膜”的结缔组织包裹着。肌肉内分布着血管和神 经，负责调节肌肉的收缩和舒张。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
2、气动人工肌肉介绍
早在20世纪50 年代，美国医生McKibben 出于帮助手臂有残疾的人实 现肢体矫正目的，发明了一种驱动假肢运动的气动执行元件, 即McKibben 气动人工肌肉，(Pneumatic Artificial Muscle, PAM) 。
SMA EAP PZT PAM
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《基于共轴球面并联机构的手腕康复机器人研制》范文
《基于共轴球面并联机构的手腕康复机器人研制》篇一一、引言随着人口老龄化的加剧和人们生活方式的改变，手腕康复问题日益突出。
传统的康复治疗方法往往效率低下，对患者的日常生活产生很大影响。
因此，开发一种高效、安全的手腕康复机器人成为了研究的热点。
共轴球面并联机构以其独特的结构特性和高精度、高刚度等优点，为手腕康复机器人的研制提供了可能。
本文将基于共轴球面并联机构，对手腕康复机器人进行深入的研究和设计。
二、共轴球面并联机构概述共轴球面并联机构是一种新型的机械结构，具有高精度、高刚度、高灵活性等优点。
其基本原理是通过多个运动支链共同作用于一个平台，实现对平台的三维空间运动的控制。
这种机构特别适合于高精度的定位和运动控制，可以很好地应用于手腕康复机器人的设计中。
三、手腕康复机器人设计需求分析针对手腕康复的需求，我们需要设计一款能够实现多种运动模式、操作简单、安全可靠的手腕康复机器人。
具体需求包括：1. 多种运动模式：能够模拟各种日常活动中的手腕运动，如屈伸、旋转等。
2. 安全性：确保患者在康复过程中的安全，避免因操作不当造成的二次伤害。
3. 精确控制：实现精确的关节运动控制，有助于患者更好地恢复手腕功能。
4. 轻便性：考虑患者的使用舒适性，使康复机器人具有轻便的特点。
四、手腕康复机器人结构设计基于共轴球面并联机构的特点，我们设计了一款新型的手腕康复机器人。
该机器人主要由以下几个部分组成：1. 共轴球面并联机构：作为机器人的主要支撑结构，实现精确的运动控制。
2. 驱动系统：通过电机驱动，实现机器人的各种运动模式。
3. 控制系统：通过传感器和算法，实现对机器人的精确控制。
4. 安全保护系统：包括紧急制动、压力传感器等，确保患者的安全。
五、实验与分析我们通过实验验证了所设计的手腕康复机器人的性能。
实验结果表明，该机器人能够实现多种运动模式，具有高精度、高刚度等特点。
同时，安全保护系统的设置也确保了患者在康复过程中的安全。
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气动肌肉腕关节和下肢康复机器人及其控制技术研究
康复训练以神经可塑性为理论依据,能让肢体运动功能障碍患者重新获得日常行为能力。
康复机器人能够带动患者进行可重复、高精度的康复运动,减少了医生的工作强度,增加了患者的训练时间和训练强度,提高了康复效果。
我国在康复机器人领域还处于起步阶段。
因此,研制出具有自主知识产权的康复机器人具有深远的意义。
本文以安全可靠及成本低廉为目标,采用气动肌肉作为关节驱动器研制了2款分别用于腕关节康复和下肢步态矫正的康复机器人。
再从安全控制的角度出发,引入了一种新型的代理滑模控制方法对所研制的康复机器人样机进行位置控制。
并针对该方法在气动肌肉驱动的康复机器人关节控制中缺乏鲁棒性的问题,分别采用神经元和神经网络对代理滑模控制中的局部参数进行在线自调节的方法,对代理滑模控制进行了改进。
在不改变其特有的安全特性的前提下,增强了其鲁棒性。
首先,为了了解气动肌肉的输出特性,为康复机器人设计提供依据,本文对现有的气动肌肉模型进行了改进。
针对气动肌肉橡胶筒壁厚及弹性模量随气动肌肉伸展/收缩而发生变化的实际情况,对气动肌肉静态力学模型中的弹性恢复力项进行了修正,通过实验确定了弹性恢复力修正系数的数学表达式,提高了气动肌肉模型的精度。
其次,针对已有的腕关节康复机器人很少考虑上肢康复机器人与手功能外骨骼的相容性,只适用于还具有抓握能力患者的问题,本文研制出一款气动肌肉驱动的便携式2自由度腕关节康复机器人样机,适用于无力抓握的患者。
它具有减轻病人承重负担,避免与手指运动发生干涉,运动过程
更加自然,穿戴方便舒适等优点。
再次,针对现有下肢外骨骼康复机器人质量大,成本高,柔顺性差的问题,本文研制了一款气动肌肉驱动的应用于步态矫正的下肢外骨骼康复机器人。
它能够带动人体髋膝关节的屈伸运动,实现步态康复训练,具有重量小,成本低,安全性好的优点。
然后,针对现有康复机器人底层位置控制大多以提高控制精度为目标,而忽视了位置控制的安全性问题,本文采用基于代理的滑模(Proxy-based sliding mode control,PSMC)控制器和独立的关节柔顺性控制器相结合的方法,提高了康复机器人关节控制的安全性。
PSMC控制器在保证控制精度的同时,对不可预测的大位置误差具有慢速过阻尼调节作用,避免了传统控制方法调节过程中过高的关节角速度可能对患者造成的二次伤害,具有很强的安全性能。
独立的关节柔顺性控制器利用气动肌肉关节内力大小对安全性能的影响以及气动
肌肉关节内力/柔顺性与初始张紧气压之间的关系,在不影响位置控
制的同时,减小了关节内力,进一步提升了气动肌肉关节的安全性能。
最后,针对实际样机实验中PSMC对不同负载情况下的气动肌肉关节
位置控制缺乏鲁棒性的问题,本文对PSMC控制器提出了 2种改进方法:采用神经元PID控制器代替PSMC中的PID控制器和引入BP神经网络调节PSMC控制律中的饱和函数内的等效PID系数。
通过神经元和神经网络的在线学习能力,实现PID控制参数的在线自调节,既增
强了鲁棒性,又保留了 PSMC特有的安全特性。
通过康复机器人样机的穿戴实验,验证了改进后的参数自调节PSMC作为关节位置控制器
的有效性和可行性。