【摘 要】
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随着我国进入21世纪,人口老年化趋势加剧,而老年化将导致更多的脑神经核脑血管疾病发生,造成肢体运动功能障碍等后遗症的患者数量也逐年增加。针对此类患者目前行之有效的治疗方法是大量且系统的康复训练。下肢助力外骨骼机器人技术是近几年快速发展的一门新兴技术,它能够帮助患者进行康复训练,是机器人技术与传统康复医学相结合的产物。针对于脑卒中导致偏瘫等疾病,患者在恢复过程中通常会经历虚弱、痉挛、和恢复三个阶段。
【基金项目】
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国家高技术研究发展计划“脑肌多源信息运动融合感知与交互控制技术及康复机器人应用验证”项目；
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随着我国进入21世纪,人口老年化趋势加剧,而老年化将导致更多的脑神经核脑血管疾病发生,造成肢体运动功能障碍等后遗症的患者数量也逐年增加。针对此类患者目前行之有效的治疗方法是大量且系统的康复训练。下肢助力外骨骼机器人技术是近几年快速发展的一门新兴技术,它能够帮助患者进行康复训练,是机器人技术与传统康复医学相结合的产物。针对于脑卒中导致偏瘫等疾病,患者在恢复过程中通常会经历虚弱、痉挛、和恢复三个阶段。不同阶段应采用不同的康复策略。在康复的前期,患者活动能力弱,康复训练方式基本是被动牵引,需要下肢康复机器人带动患者进行被动式的康复训练。而到了康复中后期,患者具有一定的主动运动能力,在下肢康复机器人的协助下,患者能进行一定的主动康复训练。相关研究表明,当患者在进行主动康复训练时,患者的相关损伤神经能得到更好的恢复。本文针对于下肢偏瘫患者的不同康复阶段,提出对应的康复策略。本文运用D-H参数法和拉格朗日方程法对下肢康复机器人建立运动学和动力学模型,并利用Matlab搭建机器人仿真模型对运动学与动力学模型进行正确性验证,分析末端踝关节的姿态和各个关节角度的关系,为运动控制提供了理论依据。采用VICON光学运动捕捉系统采集正常人体步态,经过一系列的处理,最终获得步态参考轨迹。在此基础上,针对于康复初期,采用步态轨迹跟踪方式进行被动康复训练。针对于康复中后期,传统下肢康复机器人主动训练模式是在控制中加入阻抗控制并根据不同阶段康复状况调节阻抗参数,这会加大操作难度,不利于肢康机器人的推广。在传统的模糊阻抗控制方法上,本文提出一种新的基于模糊自适应阻抗控制的主动辅助训练方法。当患者在进行康复训练时,不同阶段的反馈力不同,根据反馈力信息,控制器会在线调整阻抗参数,让患者能够更好地参与训练。最后,搭建了下肢外骨骼康复机器人实验平台,构建了以matlab simulink real.time为基础的实时系统框架,分别在跑步机上和地面进行人机被动和主动康复行走训练实验,验证了系统的安全性以及控制方法的合理性,基本达到预期的要求。
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