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由于偏瘫或其它原因引起的下肢患有残疾并需要康复的人群在迅速的增长,如何实施有效的康复训练已经成为整个社会所关注的一个重要问题。随着科学技术的不断进步,人们将日益成熟的机器人技术与传统的康复治疗方法结合起来研发设计了下肢康复机器人,使之能够代替康复医师完成康复训练,同时由于机器人不知疲倦的特点,大大增加了患者进行康复训练的时间。本课题主要是依据人体的正常步态设计了一款下肢康复机器人,并对康复训练控制系统进行了初步实现,经过仿真实验后使之更具有实际的应用意义。 本文首先对国内外的下肢康复机器人的发展状况进行了详尽的研究,并且分析了目前康复机器人的控制方法。在以实现康复训练为目标的前提下设计了整体的控制系统框架,明确了所要研究的主要方向,为下一步具体实施做基础。 分析所设计的下肢康复机器人,根据其结构的设计计算动力参数,选用无刷直流电机作为整个控制系统的驱动源。建立无刷直流电机的数学模型,采用 PID 速度调节控制方法,在 MATLAB/Simulink 仿真环境中利用参数整定的规律设计了 PID 控制器。在SimMechanics 环境中建立下肢康复机器人的机构仿真模型,分析人体下肢各环节的参数,将人体下肢做为一部分加入到已有的机器人机构模型中,建立人机模型。为控制策略的仿真做基础。 分析机构的负载对整个控制系统的影响,在已建立好的 PID 控制器的基础上又设计了一种模糊 PID 控制方法。经过理论研究及仿真设计,确定了模糊 PID 控制器的控制参数。经过与常规 PID 控制器的仿真对比,模糊 PID 控制器使整个控制系统的响应速度加快,更适应变化的负载,而且在控制过程中受到干扰后恢复速度要优于常规 PID。利用仿真环境建立两种康复模式的控制策略仿真模型,加入合理的步态数据,验证了控制策略建立的正确性及合理性。 在上述的理论研究基础上开发了一套下肢康复机器人的原型实验系统,通过实验研究,该控制系统能很好的完成所设定的康复训练任务,系统运行稳定,响应迅速,为以后的研究工作打下了基础。