上肢外骨骼康复机器人运动控制系统设计

上肢外骨骼康复机器人运动控制系统设计

近年来，随着人口老龄化的加剧，上肢功能障碍患者越来越多，因此开发上肢外骨骼康复机器人成为一个热门领域。本文基

于对上肢外骨骼康复机器人的结构和工作原理的探究，设计了一

种运动控制系统。该系统包括外骨骼驱动系统、控制器和传感器

等部件，通过对各个部件的设计和组合，实现了对上肢外骨骼机

器人的精确控制。试验结果表明，该控制系统能够有效地援助患

者恢复上肢功能。

一、引言

上肢功能障碍是一种常见的康复问题，严峻影响了患者的生

活质量。传统的康复方法主要依靠于医护人员的援助，效果有限。为了解决这一问题，探究人员开始开发上肢外骨骼康复机器人，

利用机器人的力气援助患者恢复上肢功能。然而，上肢外骨骼康

复机器人的运动控制是一个复杂的问题，需要设计合理、精确的

控制系统。

二、上肢外骨骼康复机器人的结构和工作原理

上肢外骨骼康复机器人主要由机械结构、驱动系统、传感器

和控制系统等组成。机械结构包括手臂支撑和毗连装置，用于支

撑机器人和毗连外骨骼。驱动系统主要通过电动机驱动机械臂的

运动，为患者提供外力。传感器用于检测患者的动作和力度，以

便改变机器人的运动。控制系统则依据传感器的反馈信号，调整

外骨骼机械臂的运动参数，实现对患者上肢的精确控制。

三、运动控制系统的设计

1. 外骨骼驱动系统的设计

外骨骼驱动系统是上肢外骨骼康复机器人的核心组成部分。

我们选择了直流无刷电机作为驱动电机，接受串级PID控制算法

以实现对机械臂运动的精确控制。控制器利用反馈控制的方法，

依据位移、速度和力传感器的反馈信号对驱动电机进行控制。

2. 控制器的设计

控制器是运动控制系统的关键部分，它负责接收并处理传感

器的反馈信号，并通过控制信号来驱动驱动电机。我们接受了单

片机作为控制器的核心，利用PID控制算法对机械臂的运动进行

控制。同时，为了提高控制的稳定性，我们还设计了滤波器和反

馈补偿器等帮助模块。

3. 传感器的设计

传感器用于检测患者的动作和力度等信息，是运动控制的基础。我们接受了力传感器、角度传感器和电流传感器等多种传感器，以实时得到患者的运动参数。通过对传感器数据的处理和分析，我们可以得到患者当前的状态，并相应地调整机器人的运动

参数。

四、试验结果与分析

我们对设计的运动控制系统进行了试验验证。试验结果表明，该控制系统具有较高的控制精度和鲁棒性，能够满足上肢外骨骼

康复机器人的运动需求。同时，试验还表明，该系统能够有效地

援助患者恢复上肢功能，提高他们的生活质量。

五、总结

本文基于对上肢外骨骼康复机器人的结构和工作原理的探究，设计了一种运动控制系统。该系统包括外骨骼驱动系统、控制器

和传感器等组件，并通过对各个组件的设计和组合，实现了对上

肢外骨骼机器人的精确控制。试验结果表明，该控制系统能够有

效地援助患者恢复上肢功能。在将来的探究中，我们将进一步优

化控制系统，提高机器人的性能和稳定性

综上所述，我们通过对上肢外骨骼康复机器人的探究，设计

了一种运动控制系统。该系统接受了单片机作为控制器的核心，

并利用PID控制算法对机械臂的运动进行精确控制。通过接受滤

波器和反馈补偿器等帮助模块，提高了控制系统的稳定性。同时，我们还设计了多种传感器，如力传感器、角度传感器和电流传感

器等，以实时得到患者的运动参数，并相应地调整机器人的运动

参数。试验结果表明，该控制系统具有较高的控制精度和鲁棒性，能够满足上肢外骨骼康复机器人的运动需求。该系统还能够有效

地援助患者恢复上肢功能，提高他们的生活质量。将来的探究中，我们将进一步优化控制系统，以提高机器人的性能和稳定性