穿戴式踝关节康复并联机器人系统研究

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当今社会,随着脑卒中患者和运动损伤患者的逐年增多,下肢康复的重要性也与日剧增。下肢中,踝关节是支撑人体重量的最后一道关卡,踝关节的康复在下肢康复的领域里有着不可取代的重要地位。不仅如此,踝关节也是下肢所有关节里运动方式和损伤情况较为复杂的一个。本文研究并开发了一种穿戴式的踝关节康复机器人及其康复系统,能够针对不同的踝关节状况自适应地调节其柔顺表现。并通过实验验证了该自适应控制方式和康复方案的有效性,证明了该康复控制方法能够满足不同的踝关节刚度病人的康复需求。主要的内容如下:首先,根据踝关节康复需求,基于并联机器人的高稳定性和高灵活性的特点,本文设计了一种新的6-UPU型穿戴式踝关节康复机器人。对该康复机器人的运动学和动力学模型进行了建立,通过仿真分析和验证了数学模型的正确性,同时对机器人的工作空间进行了解析。其次,对阻抗控制的两种方式进行了整体的分析,讲解了阻抗控制的运行模式,通过对机器人整体模型的分析,确定了以基于力的阻抗控制作为基础的控制方案。对踝关节刚度的测试和应用进行了基本的介绍和分析,设计了一种能够根据不同踝关节刚度进行自适应阻抗控制的方法。最后,进行了机器人样机的搭建,除了机械本体的搭建,还设计了机器人的系统框架。编写了上位机程序用以进行轨迹规划、康复模式选择(包括主动和被动)和传感信息图绘制等工作,下位机程序用于进行算法的实现。通过对普通人的踝关节刚度测试,针对踝关节刚度不对称的问题设计了一种较为灵活的踝关节测试与整定方式并应用于该自适应阻抗控制中。将控制方式应用于样机后,进行了测试者的实际测试。
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