论文部分内容阅读
下肢康复机器人是把机器人技术与下肢康复训练技术结合起来的用于对偏瘫、下肢有运动障碍的病人进行康复训练的康复医疗设备。为达到康复训练的目的,康复机器人的步态和姿态控制都需要一些必要的运动及力学参数,而人体下肢各关节运动信息是反映人体步态运动状态最直接的运动学参数。为了获得比较接近人体下肢运动规律的信息,以满足有高相容性要求、贴切人体运动规律的下肢康复机器人的设计与研究,提出一种针对人体下肢关节运动信息的多通道数据采集方案,基于FPGA技术、USB2.0接口技术以及LabVIEW技术,设计出一套高性能、低功耗、多通道、易扩展的数据采集系统,简称为人体下肢运动信息采集系统。该系统主要包括机械系统和数据采集系统两大部分,首先被测试者通过穿戴的方式使人体下肢与机械系统匹配相连,然后机械系统通过传感器(光电角度编码器)将其与数据采集系统连接为一体,最终实现被测试者下肢运动信息的采集与处理。机械系统包括下肢随动机构、减重装置和运动平板。其中,下肢随动机构是机械系统的设计重点,采用髋部二个自由度,膝部关节一个自由度,双下肢共六个转动自由度的构型方案,实现了人体髋关节屈伸和收展运动以及膝关节的屈伸运动,同时研制了系统样机并进行了实验分析。数据采集系统可分为两大部分:以编码器和FPGA为核心的数据采集与处理部分;以USB接口芯片和PC机为核心的数据传输与存储部分。详细介绍了FPGA核心模块和USB通信模块的软件设计与硬件实现,给出了系统测试和实验分析结果。采用混合模式的工程设计方法,高效地实现了FPGA程序的设计。保证系统可靠性的同时大大的缩短了研制周期。经实验证明,该系统可实现多路信息的同步采集与处理和数据的实时显示与存储的功能,具有高性能、低功耗、多通道、易扩展的特点,可为下肢康复机器人的设计与研制提供一个比较稳定的数据分析与处理的实验平台,可获得比较贴近人体运动状态的基础性数据。