一种新型的步态康复训练系统控制方法研究

摘要

行走功能是表现正常人基本运动功能的重要标志，也是确保正常人可以进行独立生活的基本条件。然而由于年纪变大或者一些内部或者外部的疾病损伤，会导致一些中老年人或残疾患者出现不同程度的下肢运动功能障碍。随着我国老龄化趋势的加剧，相关患者人数长在不断增加中。经过最初的手术或者药物治疗之后，一部分患者可以恢复到能够独立步行的程度，但是多数人仍会存在一些病态步态、平衡功能下降等症状，严重影响了生活质量。因此，下肢康复训练机器人的研究越来越受到现代医学和科研的重视。
　　针对目前国内外的研究现状，本课题开发了一种下肢康复训练机器人来帮助下肢无力的老年人或者下肢功能障碍患者进行日常行走和步态训练，并提出了一种新型的下肢康复训练机器人步态控制方法。该下肢康复训练机器人主要由双轮差速移动底盘系统、升降调节系统、人机交互系统、步态采集系统等组成。本课题提出的步态控制方法，可以让机器人自适应地跟随使用者的步态进行运动，可以达到自动跟随的功能，真正做到了人机友好并且安全的交互方式。实验结果显示，该下肢康复训练机器人步态跟随功能中速度跟随的平均误差为5.6％，距离跟随的平均误差为1.8％，在实验误差允许的范围内，充分证明了本课题提出的步态跟随控制方法的有效性和可行性。
　　本课题设计的下肢康复训练机器人主要创新点如下:
　　(1)步态控制方式独具创新性，对人机融合交互方式的研究具有一定的借鉴意义;
　　(2)系统适应性强，不仅可以根据不同的使用对象自动调节高度，而且还可以方便的改变系统参数，来更好的适应使用对象的不同康复阶段;
　　(3)步态测量系统相比一般的光学运动测量系统，不仅价格低廉，而且对使用环境的要求很低。可以准确客观地记录使用对象在运动过程中的各种运动参数，可以为医生提供了客观的医疗参考，同时也能为患者提供更为科学的康复训练模式，为运动康复机理的研究提供了平台。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外相关研究进展

1．2．1 减重步行康复训练机器人

1．2．2 活动踏板式康复训练机器人

1．2．3 移动式康复训练机器人

1．2．4 卧式康复训练机器人

1．2．5 脚踝康复训练系统

1．3 课题研究内容

1．3．1 主要技术难点

1．3．2 研究内容

2 康复训练机器人设计指标分析

2．1 康复训练机器人设计指标

2．2 人体起身过程分析

2．3 人体行走过程分析

2．3．1 人体下肢几何模型

2．3．2 计算角度方法

2．4 本章小结

3 康复训练机器人结构设计

3．1 结构材料选型

3．2 底盘驱动结构设计

3．2．1 底盘驱动结构选型

3．2．2 电机、控制器、减速器选型

3．3 起身扶手结构设计

3．3．1 起身升降电机选型

3．4 整体结构介绍

3．5 本章小结

4 康复训练机器人控制系统设计

4．1 控制系统概述

4．2 中央控制系统设计

4．2．1 中央控制系统电路设计

4．2．2 中央控制系统程序设计

4．3 传感与驱动系统设计

4．3．1 传感与驱动系统电路设计

4．3．2 传感与驱动系统程序设计

4．4 步态检测系统设计

4．4．1 芯片与传感器选型

4．4．2 步态检测系统电路设计

4．4．3 步态检测系统程序设计

4．4．4 系统的使用说明及外观

4．5 本章小结

5 实验研究

5．1 步态测量实验

5．2 传感器滤波实验

5．3 PID参数调节实验

5．4 步态跟随实验

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 课题总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间参与项目与科研成果