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哈尔滨工程大学

硕士学位论文

穿戴式下肢康复机器人的研究

姓名：赵豫玉

申请学位级别：硕士

专业：机械电子工程

指导教师：张立勋

20090301
要摘康复训练机器人技术是近年来迅速发展的一门新兴技术，是机器人技术在医学领域的新应用，经过几十年的发展已经取得了很大的成果。国外的康复机器人研究比较发达，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。本课题研究的是穿戴式下肢康复机器人，它是康复训练机器人的一种，它可以固定在人身上，由驱动器驱动模仿正常人的步态，从而带动患者进行走步训练，使下肢有运动障碍的病人得到康复。本文对国内外下肢康复机器人的发展现状及应用，以及下肢外骨骼的技术难点进行了分析，并对人体下肢机理、人体步态等方面进行了理论研究，在此基础上提出了穿戴式下肢康复机器人的总体机构方案和控制方案，确定了机器人具体的驱动方式及各部分的合理尺寸，建立了机构模型。由于机构设计的需要简化了人体下肢的自由度，用D．H方法建立了坐标变换矩阵，得到了康复机器人运动学方程的正、逆解；并运用MATLAB中的Simulink和SimMechanics工具箱对康复机器人进行了运动学仿真研究，验证了运动学模在运动学模型的基础上，通过引入机构和人体的质量、质心及转动惯量搭建了机构的动力学模型，并进行了动力学仿真分析，通过仿真得到了驱动机构的力和速度曲线，为选择电机和传动比提供了理论依据。根据电机的参数，搭建了单关节伺服控制系统的仿真模型，系统采用速度和位置双闭环控制，在此基础上建立了机器人末端轨迹控制仿真模型，实现了各关节的协调控制以及机器人末端的轨迹控制。关键词：穿戴式机器人；MATLAB仿真；下肢运动；轨迹控制型的可行性和正确性。哈尔滨T稃大学硕士学位论文
program．Wbdynamics，weparametersAbstractneandmechanismdesigneddetail．andmethod，andanalysismass．andSimMechanicsMATLABtransmissionthe．joint哈尔滨工程大学硕士学位论文achievementdevelopment．Theresearchstudylimbshumannormalmakemotiondevelopmentstatusastheinthispaper,theresearched，basedprogramdeterminedreaSonablemechanicalmodelsimplifiedfreedomsmatrixwithkinematicssimulatingkinematics．whichbasekinematicmodel．wedynamicquality,centerlimb．simulationmechanism，whichbasismotordrive，thetwo．closed．100pRehabilitativerobottechnology,anewly—developedtechniqueyears，iSnewapplicationmedicalfields．Ithasmadegreatwithinseveraldecadesofrehabilitativeisquitedeveloped．Sincefieldrehabilitationengineeringcountryinchoate，thepractical．Thepaperwearablelowerrobot，whichkindrobot．Itbefixedbodydrivenbywalkperson．andpatientsdowalkingexercisesdisabledwitllobstaclesdescribesdomesticabroad．auswellfuturekeytechnologies．Thenpeople’Sgaitoveralldesigned，includingcontrolalsospecificrobot—drivenapproachsizevariousparts．Thenestablished．Asneeddesign，welimbs．ThensettingupcoordinatevaryD-Hdeducingdirectinversekeysitsfunction．UsingSimulinktoolboxcarryshowsworkableOnestablishedaccessioninertiaAccordingsolutiongotforcespeeddriveofferedtheoreticalforchooseradio．Aftergettingwasestablished，usingp