隨著社會老齡化問題越來越突出、殘障人士數(shù)量逐年增加,為滿足助老助殘需求,康復(fù)機器人應(yīng)運而生。外骨骼康復(fù)機器人是一種高仿生高耦合的機電智能體,為了提高康復(fù)訓練的移動性、安全性、交互性與有效性,本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計、步態(tài)規(guī)劃、控制算法等幾個方面開展研究,將理論分析和實驗驗證相結(jié)合,研制了一套隨動式外骨骼康復(fù)機器人并規(guī)劃步態(tài),設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器與基于Openpose的人機交互算法,使患者在無他人攙扶的情況下,手扶隨動訓練架獨自完成康復(fù)訓練。本文的主要研究成果概況如下:（1）設(shè)計了一套隨動式外骨骼康復(fù)機器人系統(tǒng),利用Solidworks軟件建模并優(yōu)化分析。系統(tǒng)包括隨動訓練架和外骨骼康復(fù)機器人。學習人體生理結(jié)構(gòu),確定機器人的自由度配置。設(shè)計隨動訓練架為患者時刻提供隨動的輔助保護作用,保障穩(wěn)定安全運行的同時,提供高效可靠的人機交互。（2）外骨骼運動學分析與步態(tài)規(guī)劃。采用D-H坐標法建立外骨骼正運動學模型。分析人體步態(tài),基于三次樣條插值法,確定五個關(guān)鍵插值節(jié)點,在步態(tài)起步階段和連續(xù)行走階段分別對髖和踝關(guān)節(jié)在任務(wù)空間進行步態(tài)規(guī)劃,利用運動學相關(guān)知識求解膝關(guān)節(jié)的運動軌跡與各關(guān)節(jié)在關(guān)節(jié)空間的軌跡,最后利用... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１上外骼器人研現(xiàn)

?第１章緒?論???被當作穿戴者身體的一部分，并表現(xiàn)出類似人類的動態(tài)，能夠增強穿戴者身體機??能的同時減少操作者的能量消耗，人機高效協(xié)作地完成合作任務(wù)。??（ａ＞可穿戴上肢外骨骼機器人?（ｂ）外肢體機器人ＳＲＬ??圖１．２上肢外骨骼機器人國內(nèi)研究現(xiàn)狀??１．２．２下肢外骨骼機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??下肢康復(fù)機器人多采用外骨骼式，國外團隊研宄比較成功的有以色列Ａｒｇｏ??ＭｅｄｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬｔｄ．公司研制的Ｒｅｗａｌｋｌｌ３］，如圖１．３（ａ）所不，其是全球首款??獲得ＦＤＡ認證的下肢醫(yī)療康復(fù)機器人，該機器人包括了動力外骨骼和傳感系統(tǒng)，??主要針對腰部以下癱瘓的患者，幫助他們重新獲得站立、行走等日常生活能力。??整個裝置自重２０．８ｋｇ，髖膝關(guān)節(jié)分別采用電機獨立控制，踝關(guān)節(jié)利用彈簧產(chǎn)生被??動運動，臀部配置了可充電電池與便攜式計算機控制系統(tǒng)。利用綁帶使下肢外骨??骼機器人與穿戴者穩(wěn)定固定，傳感系統(tǒng)將獲取的穿戴者運動信息發(fā)送至計算機控??制系統(tǒng)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后利用自適應(yīng)控制算法實時調(diào)整改進輸出軌跡的步態(tài)參數(shù)，??以實現(xiàn)外骨骼機器人與穿戴者整體訓練的協(xié)調(diào)性，完成步態(tài)康復(fù)訓練。??日本公司Ｃｙｂｅｒｄｙｎｅ研發(fā)的Ｈｙｂｒｉｄ?Ａｓｓｉｓｔｉｖｅ?Ｌｅｇ?（ＨＡＬ）機器人丨１４】如圖１．３（ｂ）??所示，該款機器人己于２０１３年獲得全球安全認證進行批量生產(chǎn)，整機重２１ｋｇ，??分為電池、電機驅(qū)動單元、足底力測量單元、肌電傳感傳感器、加速度傳感器與??中央處理器這６個部分，無需輔助支撐，續(xù)航可達Ｉ６０ｍｉｎ，開發(fā)基于生物信號??的自主控制系統(tǒng)，采集下肢腿部的肌電信號與關(guān)節(jié)力矩，解碼人體運動意圖用于??外

?第１章緒?論???設(shè)計，其中髖、膝關(guān)節(jié)均為主動的。該裝置利用多傳感信息融合與智能支撐拐杖??進行動作控制，根據(jù)穿戴者的需求選擇工作模式，該機器人提供了三種工作模式，??分別為康復(fù)醫(yī)師輔助訓練模式、穿戴者自主定義模式與自感應(yīng)肢體運動觸發(fā)模式，??三種模式可根據(jù)患者的康復(fù)情況合理應(yīng)用于康復(fù)訓練中，幫助中風患者與脊髓損??傷患者科學開展康復(fù)訓練＝??麵Ｉ??（ａ）?Ｒｅｗａｌｋ?（ｂ）?ＨＡＬ?（ｃ）?Ｅｋｓｏ?ＧＴ??圖１．３國外部分下肢外骨骼機器人??在國內(nèi)，目前下肢外骨骼機器人的研宂也是各個科研機構(gòu)開展學術(shù)研宄的熱??點問題，但相比國外的研究水平，我國在下肢外骨骼機器人領(lǐng)域的研宄較晚卻發(fā)??展快，２１世紀初各個研究機構(gòu)和高校陸續(xù)開始進行研究并取得了一定的研宄成??果，在機械結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、信息處理、控制系統(tǒng)等共性技術(shù)方面己形成一套相??對完整成熟的研究體系，可獨立自主地開展研究工作。??成都布法羅機器人科技冇限公研制的下肢外骨骼ＡＩＤＥＲｌＷ（如圖１．４（ａ）所??示）可幫助下肢步行能力障礙人群開展輔助行走與步態(tài)訓練，傳感系統(tǒng)將電機角??度與拐杖信息傳至主機，生產(chǎn)各個關(guān)節(jié)的運動軌跡參數(shù)，控制各個關(guān)節(jié)運動�？�??提供起坐、站立、行走、上卜樓梯叫種運動多傳感器融合實現(xiàn)良好的人機交互，??是集成電子、機械、精密制造的康：ＵＫ：療器械。??深圳市邁步機器人科技有限公司研制的ＢＥＡＥ－Ｈ１機器人是一款可穿戴式下??肢外骨骼機器人１１９１?（如閣１．４（ｂ）所�。撸�，該款機器人針對腦卒中患者前期恢復(fù)階??段開發(fā)了主動訓練模式，髖、膝和踝義節(jié)處提供了主動助力輔助患者完成步態(tài)康??復(fù)訓練：針對后期恢復(fù)階段，即患者有一

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于下肢外骨骼機器人的多傳感器數(shù)據(jù)融合研究[D]. 王燕芳.華南理工大學 2017
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本文編號：2993554