下肢外骨骼康復機器人控制策略研究.pdf

1、本文針對腦卒中偏癱患者的下肢康復訓練問題,以現(xiàn)代康復醫(yī)學理論、腦卒中患者肢體康復機理和方法為理論基礎,對患者下肢康復訓練的作用和效果進行了系統(tǒng)深入的研究,并提出下肢康復機器人被動、助力、主動及抗阻康復訓練模式。本文對下肢外骨骼康復機器人的步態(tài)規(guī)劃、被動、主動和抗阻康復訓練模式的控制策略進行分析仿真,具體研究內容如下:
　　(1)依據正常人髖、膝關節(jié)運動數據建立人體關節(jié)數學模型。將Brunnstromc與訓練過程中下肢肌肉表面肌電信

2、號的變化相結合,規(guī)劃出對不同患者具有適用性、針對性的人體生理學訓練步態(tài)。在VisualC++開發(fā)環(huán)境下獲取患者自身健康腿的關節(jié)運動數據,并結合Matcom實現(xiàn)混合編程,可避免醫(yī)療師將數據提取再用Matlab進行處理的過程,同時由于下肢具有的步態(tài)對稱性,可作為步態(tài)協(xié)調性康復訓練的參考模型。本文的研究加深了對步態(tài)規(guī)劃方法的認識與理解,也為康復訓練臨床試驗及尋求更穩(wěn)定合理的步態(tài)規(guī)劃提供了借鑒。
　　(2)為實現(xiàn)康復訓練過程中控制的實時性

3、和高精度,消除系統(tǒng)中存在的未建模動態(tài)、外部擾動和非線性不確定性的影響,提出了采用兩個相互獨立控制器共同作用控制的方法,即基于標稱模型的計算力矩控制器和變結構魯棒自適應補償控制器。補償控制器中加入了一個動態(tài)信號和非線性的阻尼項來抑制未建模動態(tài)、外部有界擾動和非線性不確定項的影響,設計的自適應律通過在線更新系統(tǒng)的未知參數,增強了控制系統(tǒng)的魯棒性并保證系統(tǒng)達到全局漸近穩(wěn)定,利用Lyapunov穩(wěn)定性定理和仿真結果證明了該方法可行且有效。

4、>　　(3)針對下肢外骨骼康復機器人的靈敏度放大控制需要精確逆動力學模型的問題,通過Solidworks建立精確的三維實體模型,聯(lián)合Matlab/SimMechanics建立外骨骼的動力學模型并實現(xiàn)仿真分析。將仿真后的輸入輸出數據利用BP神經網絡進行訓練并獲得的外骨骼逆動力學動態(tài)數學模型,能夠保證靈敏度放大控制器的控制精度。采用靈敏度放大控制能夠減小患者的承受力矩,減小體能消耗,實現(xiàn)患者與外骨骼共同運動的同時采集到準確的人體數據。通過調