下肢康复训练机器人的设计及研究

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近年来,随着我国老龄化程度加剧,脑卒中等疾病导致了大量的下肢运动障碍患者。然而,只要通过及时有效的治疗和训练,患者的下肢运动功能可以得到显著改善。康复训练机器人作为一种功能特殊的医疗机器人,能够辅助患者进行康复训练,提高康复效率。因此,下肢康复训练机器人已经成为当前十分热门的研究领域。本论文针下肢运动功能障碍患者,以结构设计和控制策略为重点,设计了一种具有不同训练模式的踏板式下肢康复训练机器人,对于下肢运动功能障碍患者的康复训练具有重要意义。论文的主要研究内容如下:首先,通过介绍本文的研究背景和意义,分析了下肢康复训练机器人的国内外研究现状,并提出了本文的研究内容。并通过步态运动实验采集了健康受试者的行走运动数据,分析总结了人体正常行走时的步态规律。其次,结合康复功能需求确定了下肢康复训练机器人的总体结构方案,利用Solidworks软件对下肢康复训练机器人的整体结构进行了实体建模,并研制加工出了实验样机。然后,利用D-H法构建了康复训练机器人的运动学模型,对康复训练机器人进行了正、逆运动学分析,并通过MATLAB软件对运动学模型进行了理论计算与验证分析。运用拉格朗日动力学方法建立了康复训练机器人的动力学模型,通过计算得到了动力学方程,完成了机器人的动力学分析。最后,根据康复训练需求,设计了被动训练和主动训练两种不同的训练模式。针对被动训练模式,本文采用基于计算力矩的控制策略对康复训练机器人进行轨迹跟踪控制。针对主动训练模式,则采用基于位置的阻抗控策略对康复训练机器人进行力与位置的动态控制。并且通过在MATLAB\Simulink中搭建控制模型,对康复训练机器人进行仿真分析,验证了机器人结构设计的合理性和控制策略的可行性。
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