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Category Number：Level of Secrecy：
Serial Number ：Student Number：51171205109 Master's Disrtation of Chongqing University of Technology Rearch on Control System of Flexible Upper Limb Rehabilitation Robot Postgraduate:Zhang Chengjie
Supervisor：Prof. Xu Hongbin
Degree Category:Academic Degree
Specialty:Mechanical design and theory Rearch Direction: Rehabilitation robot
Training Unit:Institute of Mechanical Engineering Thesis Deadline:March 25,2020
Oral Defen Date: June 09,2020
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摘要
我国已进入老龄化社会，心脑血管疾病和脑卒中等发病率不断上升，其中约有85%的患者伴有上肢功能障碍。传统的康复训练方法是康复治疗师对患者进行手把手、一对一、连续并反复的被动训练，存在效率低、控制精度差、患者被动接受治疗主动性差等问题。因此，研发上肢康复机器人辅助患肢进行康复训练，不仅可以缓解康复医师短缺的社会难题，而且有利于缩短康复时间并提升康复效果，具有重要的理论意义和需求背景。
本论文针对现有的末端牵引式和外骨骼康复机器人存在的惯性冲击大、控制柔性差，训练动作单一等问题，结合自主研制的绳牵引式上肢康复机器人本体，开展柔性上肢康复机器人控制系统研究，以期实现该机器人在被动、主动等不同训练模式下的柔顺控制。论文主要研究工作是：
1、柔性上肢康复机器人的运动学分析和运动规划。结合柔性上肢康复机器人的混联机械结构，进行了正运动学和逆运动学分析，建立了康复机器人关节之间的空间关系。研究了临床上肢康复动作的运动特性，采用动作捕捉技术得到了不同康复动作的速度和加速度曲线。采用笛卡尔空间规划方法进行轨迹规划，并采用matlab建立了康复机器人模型，进行了运动仿真，结果表明：机器人的轨迹平滑，运动柔顺，可实现平稳的康复训练。
2、柔性上肢康复机器人不同训练模式下的控制方法研究。对于被动训练，采用Jog运动模式和Follow运动模式实现多电机的协调性控制，同时，通过圆弧插补算法提高康复轨迹的准确度，通过设置运动平面检测方法确保被动训练动作的有效性；对于主动训练，采用动作捕捉技术获取上肢的实时运动状态，并结合绳索拉力值判断运动意图，通过PVT运动规划实现康复机器人的跟随控制，并使用PT运动进行速度规划，实现补偿控制。皇字开头的成语
3、柔性上肢康复机器人控制系统实现。完成了机器人控制系统的硬件、软件系统开发，实现了机器人的柔顺控制。硬件方面，搭建了基于Nokov的动作捕捉系统，以及控制系统的硬件选型；软件方面，采用C/S架构开发了上肢康复训练人机交互软件系统，主要包括运动控制层、数据交互层、人机交互界面层。同时，基于案例推理的方法设计了上肢康复评定系统，可结合患肢的运动功能自动生成康复治疗方案。
4、柔性上肢康复机器人实验研究。搭建了绳牵引式上肢康复机器人实验平台，完成了被动训练、主动训练和上肢康复评定系统的实验研究。结果表明：被动康复训练模式下，单关节、多关节动作的最大绝对误差分别不超过5mm和6mm，且控制系
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统稳定；主动康复训练模式下，机器人能够实现良好的跟随控制和补偿控制，系统响应延迟不超过5m天大地大歌词
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关键词：康复机器人；动作捕捉；运动意图；康复评定；运动规划
