步态康复训练机器人控制策略及康复虚拟环境设计

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随着世界人口的急剧增长,人口老龄化的比重越来越大,脑瘫和中风患者的比率也越来越大;另外,由于交通工具迅速增多,交通事故也频繁发生,造成相当多的人丧失或者影响下肢的运动功能。对于这些人需要进行康复训练才能改善和恢复下肢的正常行走功能,以往的康复训练都是康复训练师手动的帮助患者进行训练,耗费了大量的人力和时间,并且康复效果也很一般。随着康复机器人的出现,这种情况得到了很好地解决。  本课题依据国内外康复机器人研究现状,以河南科技大学机械电子创新基地研究的步态康复训练机器人为基础,借鉴国内外康复机器人的研究经验,针对下肢康复,对步态康复训练机器人的控制策略和康复虚拟环境进行研究。本课题总结了康复机器人的发展历程,分析了国外和国内先进研究成果,对课题进行总体规划。首先,结合康复医学理论对人体下肢结构和正常人步态、脑卒中患者步态进行了分析,提出步态康复训练机器人的总体方案设计。其次,在机器人下肢机械机构设计的基础上对机器人外骨骼进行了运动学和动力学分析,为机器人外骨骼步态轨迹的规划和控制策略的研究打下了基础。再次,对步态康复训练机器人控制系统进行了分析,对下肢外骨骼控制策略进行了重点研究,提出机器人主动和患者主动的控制策略,以机器人主动控制策略为重点提出模糊 PID的控制方法。最后,为了完善整个步态康复训练机器人,结合虚拟现实技术,利用虚拟现实建模语言 VRML建立了步态康复训练虚拟环境,实现虚拟环境与患者之间的交互,对患者的康复训练具有积极的意义。  通过下肢外骨骼控制实验实现了正常步态轨迹的跟踪,证明了步态康复训练机器人系统的有效性。康复训练以康复医学为指引,引入康复虚拟环境使本康复训练机器人系统更加完整。
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