【摘 要】
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脑卒中极有可能导致患者上肢运动功能障碍,对患者的日常生活产生严重的影响。近年来,上肢外骨骼康复机器人凭借其独特的优势为患者的运动康复带来福音。本文基于Simulink与STM32联合开发的方法设计上肢外骨骼康复机器人运动控制代码,以期解决现有上肢外骨骼康复机器人运动控制系统的控制器开放性差、开发周期长等问题,主要开展了上肢偏瘫康复需求分析、康复机器人运动控制系统平台设计与仿真、运动控制系统实现研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51765056):多关节制动器非线性摩擦最小能耗控制模型研究
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脑卒中极有可能导致患者上肢运动功能障碍,对患者的日常生活产生严重的影响。近年来,上肢外骨骼康复机器人凭借其独特的优势为患者的运动康复带来福音。本文基于Simulink与STM32联合开发的方法设计上肢外骨骼康复机器人运动控制代码,以期解决现有上肢外骨骼康复机器人运动控制系统的控制器开放性差、开发周期长等问题,主要开展了上肢偏瘫康复需求分析、康复机器人运动控制系统平台设计与仿真、运动控制系统实现研究三方面工作:基于人体上肢生理结构、运动形式,结合偏瘫康复理论,进行上肢偏瘫康复的研究,规划形成关于肩、肘单关节以及多关节协同的被动辅助康复训练方案。以三自由度上肢外骨骼康复机器人为研究对象,根据标准D-H参数法、空间位姿变换理论和拉格朗日方程,推导机器人正逆运动学和动力学数学模型,最后应用MATLAB编写目标程序对数学模型进行仿真,通过结果表明模型的正确建立。应用模块化设计思想,基于正逆运动学、动力学、机器人末端运动轨迹、直流电机以及PID控制器的数学模型,在Simulink环境中搭建完整上肢外骨骼康复机器人运动控制系统,通过虚拟仿真验证运动控制系统正确的建立及控制效果。最后设计实现了基于Simulink与STM32联合开发的方法设计康复机器人运动控制系统代码,结合上肢外骨骼康复机器人控制芯片、电机、编码器等硬件设备,利用代码生成技术生成硬件代码并烧录到核心控制芯片中以驱动康复机器人完成训练任务。实验研究证明基于Simulink与STM32联合开发的方法设计上肢外骨骼康复机器人运动控制系统代码相较于传统开发方法可以快速实现早期规划,缩短开发周期,对达成康复运动方案的功能目标、提升康复运动水平、完善康复运动评价体系有积极意义。
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