【摘 要】
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随着化学工业的快速发展,化工生产所产生的废弃物逐渐增多,若不进行有效处理,则会致人产生中毒性神经损伤疾病,导致肢体运动功能障碍,给患者的日常生活造成了巨大的影响,需要及时的根据康复医师的建议进行有针对的重复的康复训练。相关医学研究表明,运动功能神经系统具有可塑性,在神经系统受到损伤后,经过合适的治疗方法,能够形成新的神经网络通路,从而恢复运动功能,这为神经损伤的恢复提供了重要的依据。此外,人体上下
【基金项目】
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北京市科委冬奥康复机器人研制项目;
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随着化学工业的快速发展,化工生产所产生的废弃物逐渐增多,若不进行有效处理,则会致人产生中毒性神经损伤疾病,导致肢体运动功能障碍,给患者的日常生活造成了巨大的影响,需要及时的根据康复医师的建议进行有针对的重复的康复训练。相关医学研究表明,运动功能神经系统具有可塑性,在神经系统受到损伤后,经过合适的治疗方法,能够形成新的神经网络通路,从而恢复运动功能,这为神经损伤的恢复提供了重要的依据。此外,人体上下肢的运动神经互相联系,对健肢的锻炼可以促进患肢受损神经的修复,从而提高患者的运动能力。传统的依靠康复医师来完成的康复训练,难以避免费用高、效率低、无法量化康复数据等不足,而使用外骨骼康复机器人能够很好的弥补此不足。目前外骨骼康复机器人的研究多为单关节和下肢步态康复训练,对于上下肢协调控制的研究较少,且多为在坐姿下实现的,不能很好的满足帮助患者恢复直立步行的需求。根据神经损伤患者不同康复时期的个性化康复需求,设计了外骨骼式上下肢协调康复机器人控制系统,能够实现康复早期的基于步态的上下肢协调被动康复训练以及康复中后期的基于步态的患肢带动健肢的上下肢协调主动康复训练。本文的主要研究工作包括以下方面:(1)结合人体上下肢运动机理、神经损伤康复理论以及医学工业标准,设计满足不同康复时期患者康复需求的上下肢协调康复机器人控制系统方案,包含实现多轴协调控制的下位机控制系统以及实现人机交互界面的上位机控制系统。(2)将康复机器人外骨骼简化建模分析,推导各个肢体外骨骼模型的运动学和动力学公式,并通过Simulink以及Simscape进行建模仿真分析,验证推导公式的正确性。分析人体的步态运动规律并结合步态数据库,对康复机器人进行轨迹规划。(3)结合上下肢协调康复理论,设计上下肢协调康复训练控制策略。康复训练前期,提出了基于步态轨迹的模糊PID运动控制算法,实现康复机器人带动患者上下肢协调被动康复训练;康复训练中后期,提出了将模糊PID与导纳控制相结合的协调运动力位混合控制方法,实现了基于步态的上下肢协调主动康复训练。(4)通过临床实验,验证上下肢协调康复机器人控制系统运行的稳定性、运行轨迹的精确性以及对患者康复效果的有效性,并对控制系统的各项性能及控制算法进行完善。
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