基于气动柔性驱动的膝关节康复训练变刚度控制研究的中期报告.docx

基于气动柔性驱动的膝关节康复训练变刚度控制研究的中期报告
中期报告
一、研究背景
随着老龄化和生活方式的改变，膝关节疾病的趋势呈现上升趋势，如膝关节骨关节炎、交感神经割礼后膝关节疼痛综合征等，这不仅仅影响了人们的生活质量，更会使机体失去原有的平衡和协调能力，进而影响到其它身体功能的正常发挥。针对这一问题，许多学者进行了大量的研究，提出了各种治疗方法，其中物理康复训练被广泛应用。近年来，气动柔性驱动技术获得了广泛关注，它具有自适应性、轻量化、柔性掌控等优点，在机构控制、人机交互、运动仿真等领域得到了广泛应用。因此，本文研究基于气动柔性驱动的膝关节康复训练变刚度控制技术，旨在提高膝关节康复训练效果。
二、研究意义
膝关节康复训练对于恢复膝关节功能非常重要，其训练效果的好坏直接关系到患者的康复情况。目前，传统康复训练主要靠医师或物理治疗师的手工操作来进行，而这种方式存在以下问题：手工操作的参数难以保证统一性，随人工差异性较大，难以保证训练效果的稳定性。因此，本研究引入气动柔性驱动技术，利用气压传感器监测膝关节运动情况，并通过控制气动软骨和气囊的压力变化来实现膝关节的变刚度控制，达到训练效果的统一性和稳定性，为膝关节康复训练提供技术支撑。
三、研究内容
1、设计基于气动柔性驱动的膝关节康复训练系统，包括气动软骨、气囊、气压传感器和控制系统等。
2、基于气压传感器的数据采集和处理技术，实现对膝关节角度和角速度的测量。
3、设计基于变刚度控制算法的康复训练策略，通过控制气动软骨和气囊的压力变化，实现对膝关节的刚度控制。
4、进行模拟仿真和实验验证，检验系统的有效性和实用性。
四、研究进展
本文已完成了对气动软骨和气囊的设计以及控制系统的搭建，并根据膝关节运动学原理，设计了基于气压传感器的数据采集和处理技术，可实时测量膝关节角度和角速度。此外，已经完成了对变刚度控制算法的设计和仿真验证，通过控制气压力的变化，实现了对系统刚度的控制。目前正在进行系统综合实验，以检验系统的实际效果和稳定性。
五、存在问题
在实验过程中，存在气压传感器信号测量误差较大的问题，这可能与采集信号的采样频率和计算方法不当有关，需要进一步改进。
六、下一步工作
1、改进气压传感器数据采集和处理方法，减小测量误差，提高信号精度和稳定性。
2、进行康复训练系统综合实验，进行系统效果评估和优化，验证系统的可靠性和实用性。
3、开展动态运动控制和力矩控制的研究，以改进康复训练系统的动态性能，在系统控制精度和稳定性方面有所提高。