卧式下肢康复训练机器人力觉拖动示教研究

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将现代康复医学与机器人学相融合,用于康复训练的康复机器人技术,已经成为当前研究的热点。下肢康复训练机器人作为康复训练机器人的一个研究方向,以人体大脑的可塑性和运动再学习理论为基础,融合临床康复医学、机械工程学、控制理论、计算机与软件等学科,业已成为国内外学者、企业的研究热点。  本文在实验室现有的卧式下肢康复训练机器人的研究基础上,对国内外研究现状进行分析并对康复医学进行学习。针对现有的下肢康复训练机器人训练轨迹改变困难,难以满足患者个性化训练的要求这一问题,本课题提出设计一种基于力觉拖动示教的卧式下肢康复机器人的方案。在实验室已有的卧式下肢康复机器人机械系统的基础上,以半实物仿真机作为控制平台,通过对本实验中使用的卧式下肢康复机器人进行运动学分析,得到机器人正运动学和机器人逆运动学之间的关系。在机器人末端安装六维力觉传感器,进行康复训练时,通过理疗师的手部拖动安装在传感器上的拖动示教手柄进行牵引,产生力/力矩输出信号。运用导纳控制算法将力/力矩信号的变化转化为机器人末端的位置与姿态的变化。通过机器人的逆运动学计算,得到驱动各个关节实时运动的示教轨迹。通过运动控制卡控制伺服电机运动,从而驱动卧式下肢康复机器人各关节转动,使机器人的末端按照理疗师的拖动轨迹运动。  文中通过对康复训练中常见的康复训练动作进行试验,证明了卧式下肢康复训练机器人力觉拖动示教系统设计的有效性,能够方便地改变康复训练轨迹,达到满足患者个性化需求的预期效果。
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