下肢康复训练器的系统设计及运动控制分析

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当今社会人口老龄化逐渐加剧,因为交通事故和意外损伤等情况,造成的肢体运动障碍的患者与日俱增,因此对康复训练的需求也日益增大。下肢康复训练机器人的应用主要是针对下肢运动损伤、下肢肌无力患者人群,通过被动式训练带动患者下肢模拟人体正常行走时的步态,实现康复评定学中运动康复的治疗效果。本文针对患者下肢康复训练需求,对下肢康复训练器的结构设计,运动分析,建模仿真等方面展开研究。首先,依据“康复评定学”理论提出下肢康复训练器的设计原则,对主要结构进行设计并建立三维模型。其次,采用CATIA和Solid Works联合仿真,设计实验,对三维模型进行人机工程学分析。制造样机。第三,在三维模型基础之上建立运动学及动力学模型,结合CGA临床步态数据,通过运动学分析和动力学仿真,验证运动模型和求取相关动力参数。第四,提出控制系统框架,以STM32为主控芯片设计电机伺服驱动的并联式控制系统,分析实际场景中情况,以Lab VIEW为平台设计上位机的人机交互界面,完成了相应的硬件制作和软件编程。第五,对人体站姿情况下的起步,支撑期,摆动期,停止四种情况进行运动轨迹规划,利用Matlab建立下肢康复训练器的控制模型,并且进行模拟响应验证。确定了以PID和位置阻抗的控制策略,进行机构和控制系统联调试验,实现对规划轨迹较小误差的运动。以此验证所设计下肢康复训练器的实用功能,能够帮助患者进行康复训练和达到康复目的。
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