下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计.pdf

下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计是一项将机器人技术应用于医疗康复领域的创新研究。该研究主要针对下肢运动功能受限的患者，如偏瘫患者，设计和开发一款外骨骼康复机器人，旨在帮助患者恢复行走能力，提高其生活质量。下面详细说明该设计中所涉及的知识点。 外骨骼康复机器人是一种特殊的可穿戴设备，它可以模拟人体下肢的运动，协助患者完成日常行走任务。与传统康复设备相比，外骨骼康复机器人通过程序化的康复训练，能够为患者提供更为系统和标准化的治疗方案，同时通过记录步态等康复数据，便于对康复效果进行评估和分析。 为了达到这一目的，外骨骼机器人需要解决机械结构设计的问题，以确保机器人和人体之间良好的配合，避免机械干涉并提供必要的柔性。本文通过对国内外外骨骼机器人技术的充分研究，结合最新发展趋势，优化了外骨骼机器人的机械结构设计。 在运动学和动力学分析方面，外骨骼机器人的设计必须以正常人步态为基础，对机器人的运动特性进行深入分析。这包括对外骨骼各个关节的运动范围、速度以及力矩等进行计算和仿真，以验证其结构和运动的合理性。 在外骨骼机器人的控制策略方面，研究中提出了单关节控制策略，并基于此策略设计了整体的步态控制策略。控制策略的选择对于保证外骨骼机器人能够准确、稳定地配合患者的步态至关重要。同时，也对弹性驱动器在伺服控制下的性能进行了深入分析，弹性驱动器通常具有良好的能量存储和释放性能，能够在机器人运动过程中起到辅助作用。 人机交互是外骨骼机器人设计的另一个重要方面。研究中分析了外骨骼的人机交互控制策略，旨在使外骨骼机器人能够更自然地响应患者的操作意图，提高康复训练的舒适性和效果。 在控制系统的硬件设计上，采用了基于PC上位机和EPOS下位机的控制平台，通过直流伺服电机驱动外骨骼，实现了外骨骼步态控制的两种模式。同时，系统还能够实时监测电机运行状态，并记录外骨骼机器人的实验数据，为后续分析提供依据。 此外，本研究还运用了ADAMS动力学仿真软件，对机器人运动状态进行仿真分析，以验证运动学模型的准确性。通过搭建控制系统平台，对外骨骼机器人进行了一系列的空载实验，分析实验数据，以初步验证外骨骼康复行走机器人控制系统的功能性。 综合来看，下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计是一个多学科交叉的研究领域，涉及机械工程、电子工程、控制科学、生物力学以及计算机科学等多个方面。这项研究不仅对康复医学领域具有重要意义，同时也为机器人技术在其他医疗辅助领域的应用提供了可能，具有广阔的发展前景。