下肢外骨骼康复机器人步态规划研究

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近年来,由于经济的快速发展,交通工具逐渐增多,因突发交通事故而造成神经性伤害或者肢体伤害的人数一直呈显上涨趋势。并且,随着科学技术的不断进步和人们生活水平的逐步提高,我国与世界上其它许多国家一样,正在步入老龄化。据统计,我国60岁以上的老年人人数已占全国人口的11%,在老龄人群众中有大量的心脑血管疾病或神经系统疾病患者,这类患者大多伴有偏瘫症状,因此,对于康复机器人设备的研究是很有必要的。本文中在开始就先介绍了下肢外骨骼康复机器人的研究背景、意义康复机器人的基本概况以及发展的趋势,阐述了该课题的研究来源及目的。通过对人体下肢的各个关节的解剖,分析出其结构特点,再根据康复医学理论,建立下肢外骨骼总体模型。使用D-H法则建立正运动学分析模型,并用Matlab中的SimMechanics机械仿真模块对步行时腿部末端的轨迹曲线进行仿真分析,通过对轨迹分析,为下章的步态规划提供了参照,最后简单介绍了数值求解法在求康复机器人逆运动学中的应用,说明了出此方法求解的一般步骤。下肢外骨骼康复机器人步态规划时,本文首先针对机械腿的工作任务和条件,参照OpenSim仿真出的人体下肢正常的行走步态特征,对机械腿的行走步态进行了较为完整分析和研究。并用关节角位移变化轨迹、步速和步长作为步态规划的有效参数。其次,按照人的步行特征,将机械腿的步行过程分为起步、训练步和止步三个阶段,详细分析了每个阶段的动作特征,确定了每个阶段的关节角度变化函数、动作的前后顺序,分别制定出各阶段步态规划。最后,将每个阶段的步态规划按照实际的顺序联接在一起,成为整个完备的步态规划。上面的步态分析为康复运动控制提供了条件,下面介绍了基于康复训练要求下的有关医学基础知识,然后根据患者在不同的恢复阶段的关节活动程度,制定相应的康复计划,同时介绍了康复评价的具体过程。最后将之前规划的角度函数进行离散化,运用到下肢康复运动的具体实现过程。
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