基于步态状态机的康复型下肢外骨骼控制策略研究

作     者：莫松海 

作者单位：华东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹恒

授予年度：2019年

学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：控制策略 状态机 下肢外骨骼 样机试验 

摘      要：康复型下肢外骨骼是一种可穿戴设备,具有辅助下肢运动功能存在障碍的患者进行下肢康复训练和提高其自主运动能力的功能。对康复型下肢外骨骼的研究在康复理疗、助老助残等方面具有重要的社会应用价值和学术研究意义,近年来已经成为下肢外骨骼领域研究的一个热点。在国家自然科学基金(91748110)的支持下,本论文对康复型下肢外骨骼及其控制策略开展了相关研究。为了使下肢外骨骼具有人体下肢运动特性、能够辅助穿戴者进行步行,开展了对人体行走过程中下肢关节运动特性的分析和康复步态的研究。研究中采用模块化关节执行器的结构方案,并研制了一款康复型下肢外骨骼试验样机。根据人体下肢关节运动特性及康复步态特点,提出了一种基于步态状态机的康复型下肢外骨骼控制策略。在MATLAB/SIMULINK环境中建立了步态状态机仿真系统。搭建了一套基于Elmo运动控制器和模块化传感器单元的系统试验平台,完成了基于C#的控制软件编程,进行了样机穿戴起坐和步行试验。试验结果表明,采用基于步态状态机的运动控制策略时,试验样机能够根据传感器信息实现不同运动阶段的运动控制,志愿者穿戴样机后,能够有效控制外骨骼完成平地步行、站-坐和坐-站等下肢日常运动行为。系统的仿真数据与外骨骼样机的试验结果验证了样机整体结构设计的合理性和控制策略的可行性,对于康复型下肢外骨骼的性能改进和控制优化具有重要的应用价值。