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手臂康复训练机器人系统控制研究

作　者: 李趁前
导　师: 王岚
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 康复训练阻抗控制 dSPACE TMS320LF2407A
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 276次
引　用: 3次
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内容摘要

随着机器人技术发展推广,康复医疗机器人研究应用也逐渐成为社会的焦点。西方发达国家的研究人员利用机器人技术在辅助患者上肢运动康复训练方面已经取得了很大的成就,相比之下国内的上肢康复机器人系统的研究应用起步较晚,成果比较少。本文通过对国内外机器人技术在帮助患者实现上肢康复训练应用的总结、研究,运用基于力阻抗控制策略实现了手臂康复训练机器人的柔顺运动控制,同时采用两级控制方案设计了手臂康复训练机器人系统。课题的研究具有实际应用意义。本文针对偏瘫患者的单手臂残疾特点设计了机器人主从控制结构方案,通过实现主手对从手的位置、速度控制,使患者能够自主对患肢进行康复训练。同时通过系统控制方式的总结分析,手臂康复训练机器人系统中采用了两级控制方案。第一级CPU(上位机)采用PC机,利用LabVIEW软件设计机器人系统的人机交互界面,实现对机器人系统控制模式及参数的选择,同时把机器人的末端轨迹在PC机上显示出来。第二级CPU采用了具有高速数据处理能力的DSP芯片TMS320LF2407A微处理器,通过对软、硬件的设计实现了对机器人系统的轨迹规划以及主从控制、示教控制、力量训练、轨迹跟踪四种训练模式的控制。手臂康复训练机器人系统运用基于力阻抗控制策略实现了机器人的柔顺运动控制。利用MATLAB/Simulink仿真工具建立了机器人系统伸缩关节的仿真模型,仿真了机器人系统对给定轨迹和力信号的跟踪能力。利用dSPACE实时仿真平台对手臂康复机器人柔顺特性进行了半物理仿真实验研究,分析了各个阻抗参数对机器人系统性能的影响;同时对以DSP芯片构成的控制系统进行了实验研究,验证了机器人的自动示教功能,实现了手臂康复训练机器人系统的设计。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 概述  10-11
  1.2 研究现状  11-17
    1.2.1 国外发展状况  11-15
    1.2.2 国内发展现状  15-17
  1.3 课题来源及研究意义  17-18
  1.4 论文主要完成工作  18-19
第2章康复机器人系统方案设计  19-26
  2.1 引言  19
  2.2 机器人机械结构方案设计  19-22
    2.2.1 手臂康复训练机器人主手设计  20-21
    2.2.2 手臂康复训练机器人从手设计  21-22
  2.3 机器人控制系统方案设计  22-24
  2.4 机器人控制模式及控制策略  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章机器人柔顺控制策略研究与仿真  26-39
  3.1 引言  26
  3.2 柔顺控制理论基础  26-33
    3.2.1 柔顺运动控制  26-28
    3.2.2 阻抗控制策略  28-33
  3.3 机器人系统控制理论应用与仿真  33-38
    3.3.1 阻抗控制算法应用  33-35
    3.3.2 阻抗控制算法Simulink仿真实现  35-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章机器人控制系统设计  39-55
  4.1 引言  39
  4.2 控制系统硬件设计  39-44
    4.2.1 控制系统A/D模块设计  41
    4.2.2 控制系统串口通信SCI设计  41-42
    4.2.3 控制系统电机接口电路设计  42-44
    4.2.4 控制系统串行外设SPI接口设计  44
  4.3 控制系统软件实现  44-54
    4.3.1 人机交互控制界面设计  45-46
    4.3.2 串行通信软件设计  46-48
    4.3.3 下位机控制系统软件设计  48-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章手臂康复机器人柔顺运动实验研究  55-72
  5.1 引言  55
  5.2 基于dSPACE 的HIL仿真实验  55-67
    5.2.1 主从控制实验  58-60
    5.2.2 机器人柔顺特性实验  60-67
  5.3 基于DSP控制系统的示教实验  67-71
  5.4 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

手臂康复训练机器人系统控制研究

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