手臂康复训练机器人控制及实验研究

【摘要】： 将机器人辅助治疗技术引入到偏瘫康复训练中，已经逐渐得到国内外研究人员的重视，并发展成为热门课题之一。其难点主要集中于运动康复训练方法如何通过机器人的控制策略得以实现。而我国在康复工程领域的研究刚刚起步，因此课题的研究更具有实际应用意义。 本论文从国内外上肢康复训练机器人的发展现状及应用、机器人机构设计和控制模式等方面，分析了机器人辅助上肢运动功能康复的可行性和方法的实现，具体研究如下： 本文依据康复机器人的应用对象和偏瘫康复理论，确定了机器人的设计目标和控制系统方案，并对机器人系统的关键技术进行了研究和论述，包括，安全性设计、力传感器特性研究以及传动机构对控制精度的影响问题，同时利用MATLAB软件解算操作臂的运动域。在此基础上，确定了康复机器人的控制算法和策略，机器人主要能完成轨迹跟踪控制、力示教再现控制、采用力外环的阻抗控制和抗阻运动控制，分别设计了这四种训练模式的具体实施策略，并建立了控制模型。 基于理论研究，利用dSPACE实时仿真平台进行了康复机器人的半实物仿真设计。将康复机器人系统引入控制回路，将实现各模式的控制模型、力信号处理模型、位置初始化模型等转化为Simulink与RTI联系的仿真模型，并令其成为相对独立的模块，确定各模块间的相互关系，同时对驱动电机伺服系统进行了模型辨识。此后，对正常人进行了机器人辅助训练的实验。分别对各种训练模式进行实验研究，实时调整控制参数，监测机器人系统的状态并反馈机器人的信息，对实验结果进行分析和评价。