（机械电子工程专业论文）基于嵌入式控制器的pma驱动膝关节康复训练装置研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n g u n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo fm a s t e r r e s e a r c ho np m a - a c t u a t e d k n e e - j o i n tr e h a b i l i t a t i o n t r a i n i n gd e v i c eb a s e d o ne m b e d d e dc o n t r o l l e r m a s t e rc a n d i d a t e ：z h a n gz h i b i n s u p e r v i s o r ：p r o f l ix i a o j u n e2 0 1 0 f a c u l t yo fe l e c t r o m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a , 510 0 0 6 摘要 摘要 膝关节康复训练装置是一种对患者膝关节进行运动训练，实现其运动功能康复 的自动化医疗设备，属于康复训练机器人范畴。康复训练机器人的研制及其产品化， 对提高患者健康质量、减轻社会负担具有重要的实际意义。随着中国人口老年化和 生活水平的提高，康复训练机器人市场前景广阔。同时，康复训练机器人也是国际 机器人领域的一个研究热点之一。 为满足康膝关节康复训练柔顺、安全和便捷等要求，本文将实现如下目标：用 安全柔顺、力重量比大、力长度特性类似于生物肌肉的气动人工肌肉驱动器 ( p n e u m a t i cm u s c l ea c t u a t o r , p m a ) 为驱动，以克服电机、气缸驱动器柔性差的缺点； 开发p m a 驱动膝关节康复训练装置( p m a a c t u a t e dk n e e - j o i n tr e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n g d e v i c e ，p k r t d ) 的嵌入式控制平台，以实现更为便捷的人机交互，达到更高性能更 低成本；开展p k r t d 的控制算法研究，实现系统更高控制精度，更好抗负载干扰 能力。 首先，以p m a 为驱动器，基于多路传感器、比例压力控制阀和$ 3 c 2 4 4 0 处理 器，搭建了p k r t d 的嵌入式控制系统硬件平台。 其次，基于嵌入式l i n u x 操作系统，开发了嵌入式控制系统的底层驱动程序， 基于q t e m b e d d e d 工具包，开发了上层应用程序。 然后，针对p k r t d 强非线性、迟滞和时变的特点，基于开发的嵌入式控制平 台，采用增量式p i d + 前馈控制和模糊免疫p i d + 前馈控制算法，对p k r t d 的阶跃 响应特性和等速持续被动运动( c o n t i n u o u sp a s s i v em o t i o n ，c p m ) 特性进行了实验研 究。 最后，针对等速主动抗阻运动( a c t i v er e s i s t a n c em o t i o n ，a r m ) t ) i i 练的要求，设 计了角度力矩联合p i d 控制算法，并对p k r t d 的等速a r m 特性进行了实验研究。 实验研究表明，本文设计的嵌入式控制平台能嵌入到设备进行控制，且稳定可 靠、界面友好、操作便捷；相对于传统增量式p i d + 前馈控制算法，本文设计的模 糊免疫p i d + 前馈控制算法，能达到更高跟踪精度，具有更强的抗负载干扰能力；本 文设计的角度力矩联合p i d 控制算法，能控制p k r t d 实现等速a r m 。 关键词：嵌入式；控制系统；模糊免疫p i d ；气动人工肌肉；膝关节；康复训练； a b s t r a c t k n e e - j o i n tr e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gd e v i c ei sak i n do fa u t o m a t i cm e d i c a le q u i p m e n t a p p l i e dt oh e l ph a n d i c a p p e dp e o p l et ot a k et h er e h a b i l i t a t i o ne x e r c i s e so f j o i n t s 趾l dt h e r e h a b i l i t a t i o no fm o t i o nf u n c t i o n ，w h i c h r a n g e sf r o mr e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o t d e v e l o p i n ga n dm a r k e t i n gt h er e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o th a si m p o r t a n tp r a c t i c a lv a l u e t oh e l p p a t i e n tr e c o v e ra n dr e d u c es o c i a lb u r d e n w i t ht h ei m p r o v e m e n to fl i v i n g s t a n d a r da n dc h i n e s ea g i n gp r o b l e m ，t h er e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o tw i l lh a v ea b r i g h t f u t u r e ，m e a n w h i l e ，t h er e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o th a sb e c o m eo n eo ft h er e s e 副c h h o t p o t si nt h ei n t e r n a t i o n a lf i e l do fr o b o t i c s t om e e tt h er e q u i r e m e n t so ff l e x i b i l i t y , s a f e t ya n dc o n v e n i e n c ei n r e h a b i l i t a t i o n t r a i n i n g ，t h i st h e s i s w i l li n v e s t i g a t et h ef o l l o w i n gt o p i c s ，u t i l i z i n gp n e 啪a t i cm u s c l e a c t u a t o r ( p m a ) a st h ed r i v e rt oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n g sc a u s e d b yn l o t o ra n d c y l i n d e r , w h i c hi ss a f e ，c o m p l a i s a n ta n dy i e l d i n g ，c a nn o to n l yo u t p u tm o r ep o w e r a tt h e s a l t l ew e i g h t ，b u ta l s oh a ss i m i l a rc h a r a c t e r i s t i co f p o w e r l e n g t hw i t hb i o l o g i cm u s c l e t h ec o n t r o lp l a t f o r mo fp m a - a c t u a t e d k n e e - j o i n tr e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gd e v i c e ( p k r t d ) i sd e v e l o p e dt oa c h i e v em o r ec o n v e n i e n ta n df r i e n d l yi n t e r f a c e ，a n dh i g h e rp e r f o n n a i l c e a tl o ，e rc o s t a l g o r i t h mr e s e a r c hi nt h ep k r t d i sc a r r i e do u tt oa c h i e v eh i g h e rc o n t r o l p r e c i s i o na n db e t t e ra n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t yo ft h el o a d f i r s t l y , t h eh a r d w a r ep l a t f o r mo ft h ee m b e d d e dc o n t r o ls y s t e mi nt h ep k r t di s b u i l tb a s e do ns e n s o r s ，p r o p o r t i o n a l p r e s s u r ec o n t r o lv a l v ea n d $ 3 c 2 4 4 0p r o c e s s o r ， t a k i n gt h ep m a a st h ed r i v e r s e c o n d l y , t h ed r i v e r so ft h ee m b e d d e dc o n t r o ls y s t e mb a s e do nt h ee m b e d d e dl i n u x o p e r a t i o ns y s t e ma n da p p l i c a t i o n sb a s e do nq t e m b e d d e dt o o l k i ta r ed e v e l o p e d a d d i t i o n a l l y , f o rt h en o n - l i n e a r , h y s t e r e s i sa n dt i m e v a r y i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h e p k r t d ，e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e si ns t e pr e s p o n s ea n di s o k i n e t i cc o n t i n u o u sp a s s i v e m o t i o n ( c p m ) c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep k r t da r ed o n eb a s e do nt h ed e v e l o p e de m b e d d e d c o n t r o ls y s t e m ，w h i c ha p p l i e dt h ei n c r e m e n t a lp i d + f e e d f o r w a r da n dt h ef u z z yi m m u n e p i d + f e e d f o r w a r da l g o r i t h m i f i n a l l y , t h ea n g l e t o r q u e u n i t e dp i dc o n t r o l a l g o r i t h m i s d e s i g n e d f o rt h e r e q u i r e m e n t so ft h ea c t i v er e s i s t a n c em o t i o n ( a r m ) ，a n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e si nt h e i s o k i n e t i ca r mc h a r a c t e r i s t i c so f t h ep k r t da r ed o n e e x p e r i m e n t a ls t u d i e ss h o wt h a tt h ed e s i g n e de m b e d d e dc o n t r o lp l a t f o r mi s s t a b l e ， r e l i a b l e f r i e n d l y a n de a s yt oh a n d l e ，w h i c hc a nb ee m b e d d e di n t ot h ed e v i c e t h e d e s i g n e df u z z yi m m u n ep i d + f e e d f o r w a r dc o n t r o la l g o r i t h mc a na c h i e v eh i g h e rt r a c k i n g a c c u r a c y , a n dh a v eas t r o n g e ra n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t y o ft h el o a dc o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a li n c r e m e n t a lp i d + f e e d f o r w a r dc o n t r o la l g o r i t h m t h ed e s i g n e da n g l e - t o r q u e u n i t e dp i dc o n t r o la l g o r i t h mc a nc o n t r o lt h ep k r t d t or e a l i z et h ei s o k i n e t i ca r m k e y w o r d s ：e m b e d d e d ；c o n t r o ls y s t e m ；f u z z yi m m u n ep i d ；p n e u m a t i cm u s c l ea c t u a t o r ； k n e e - jo i n t ；r e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n g ； 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 。i i i 目蜀专v c o n t e n t s i x 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 康复训练机器人研究概况1 1 2 1 上肢康复训练机器人研究概况2 1 2 2 下肢康复训练机器人研究概况3 1 3 康复训练机器人控制平台研究概况4 1 4 康复训练机器人控制算法研究概况5 1 5 课题来源与意义7 1 6 本文主要研究工作。7 第二章总体方案设计和开发环境搭建9 2 1 系统功能要求9 2 2 系统总体结构1 0 2 2 1 硬件结构1 0 2 2 2 软件结构一1 5 2 2 3 测控元件一1 6 2 3 开发环境搭建一l8 2 3 1 虚拟机上l i n u x 安装18 2 3 2w i n d o w s 与l i n u x 文件共享19 2 3 3 系统移植1 9 2 4 本章小结2 0 第三章驱动和应用程序开发2 1 3 1 驱动程序开发2 1 v 广东工业大学硕士学位论文 3 1 1 开发环境搭建。2 1 3 1 2 字符驱动程序开发流程2 1 3 1 3l i n u x 设备驱动概述2 3 3 1 4p w m 驱动程序2 4 3 1 5a d c 驱动程序2 8 3 2 应用程序开发3 0 3 2 1q t e m b e d d e d 简介3 0 3 2 2q t e m b e d d e d 开发环境搭建3 2 3 2 3q t e m b e d d e d 应用程序开发流程3 4 3 2 4q f f e m b e d d e d 应用程序设计3 5 3 3 本章小结4 1 第四章等速c p m 特性实验研究4 3 4 1 等速c p m 实验原理4 3 4 2p i d + 前馈控制算法4 4 4 2 1p i d 基本原理一4 4 4 2 2 控制结构4 5 4 2 3c 程序实现4 6 4 2 4 前馈系数k 和琊、硒、k o 整定4 7 2 4 5 阶跃响应特性4 9 2 4 6 等速c p m 特性5 0 4 3 模糊免疫p i d + 前馈控制算法5 2 4 3 1 免疫反馈原理5 2 4 3 2 模糊控制原理5 5 4 3 3 模糊免疫p i d + 前馈控制结构5 5 4 3 4 模糊免疫p i d 基本步骤5 6 4 3 5 程序实现5 9 4 3 6 阶跃响应特性一6 0 4 3 7 等速c p m 特性6 1 4 4 本章小结6 5 第五章等速a r m 特性实验研究6 7 目录 5 1 等速a r m 实验原理6 7 5 2 控制结构6 8 5 3 实验分析6 8 5 4 本章小结7 0 结论一7 1 1 总结一71 2 进一步的工作7 1 参考文献7 3 攻读硕士学位期间发表的论文7 7 独创性声明7 8 致谢7 9 v n 。 。；。：i i 垒型生塑些丝鲨圣一 l = = = ! = 目目目 = 目自j 目自= 2 eg 目| 2 e = g g = = = ! ! = e = = = = = ! ! = ! = | = = = = = = = = = = = = = = 5 。5 一 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t i i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v c o n t e n t s 。i x c h a p t e r1p r e f a c e 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2r e s e a r c ho v e r v i e w o f r e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o t 1 1 2 1r e s e a r c ho v e r v i e wo fu p p e rl i m br e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o t 2 1 2 2r e s e a r c ho v e r v i e wo fl o w e rl i m br e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o t 3 1 3r e s e a r c ho v e r v i e wo fr e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o tc o n t r o lp l a t f o r m 4 1 4r e s e a r c ho v e r v i e wo fr e h a b i l i t a t i o nt r a i n i n gr o b o tc o n t r o la l g o r i t h m 5 1 5p r o j e c ts o u r c ea n d m e a n i n g o ft h i st h e s i s 7 1 6m a i nc o n t e n t so ft h i st h e s i s 7 c h a p t e r2t h ed e s i g no fo v e r a l ls c h e m ea n dt h ec o n s t r u c t i o no fd e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t 9 2 1 r e q u i r e m e n t so fs y s t e mf u n c t i o n 9 2 2s y s t e ma r c h i t e c t u r e 10 2 2 1h a r d w a r ec o n s t r u c t i o n 1 0 2 2 2s o f t w a r ec o n s t r u c t i o n 15 2 2 3c o m p o n e n t so fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l 16 2 3d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tb u i l t 18 2 3 1l i n u xi n s t a l l a t i o no nv i r t u a lm a c h i n e 18 2 3 2s h a r i n gf i l e sb e t w e e nw i n d o w sa n dl i n u x 19 2 3 3s y s t e mt r a n s p l a n t 19 2 4s u m m a r yo f c h a p t e r2 2 0 c h a p t e r3d e v e l o p m e n to fd r i v e ra n da p p l i c a t i o n 21 3 1d r i v e rd e v e l o p m e n t 2 1 i x ；。；。；。，毫。：。，；。：，耋兰圣三当垒呈董塑耋皇耋筌垒垒塞二。，。：；。：。；：，；宣；一 3 1 1t h ec o n s t r u c t i o no fd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 2 1 3 1 2d e v e l o p m e n tp r o c e s so fc h a rd r i v e r 2 1 3 1 3o v e r v i e wo fl i n u xd e v i c ed r i v e r 2 3 3 1 4p w md r i v e r 2 4 3 1 5a d cd r i v e r 2 8 3 2a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t 3 0 3 2 1i n t r o d u c t i o no fq t e m b e d d e d 3 0 3 2 2t h ec o n s t r u c t i o no fd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fq f f e m b e d d e d 3 2 3 2 3d e v e l o p m e n tp r o c e s so fq t e m b e d d e da p p l i c a t i o n 3 4 3 2 4d e s i g no fq f f e m b e d d e da p p l i c a t i o n 3 5 3 3s u m m a r yo fc h a p t e r3 4 1 c h a p t e r 4e x p e r i m e n ts t u d yo ft h ei s o k i n e t i cc p mc h a r a c t e r i s t i c 4 3 4 1e x p e r i m e n t a lp r i n c i p l eo ft h ei s o k i n e t i cc p m ”4 3 4 2p i d + f e e d f o r w a r da l g o r i t h m 4 4 4 2 1b a s i ct h e o r yo f p i d 4 4 4 2 2c o n t r o ls t r u c t u r e 4 5 4 2 3r e a l i z a t i o no fcp r o g r a m 4 6 4 2 4p a r a m e t e rt u n i n go fkk p ，k ia n dk o 4 7 2 4 5c h a r a c t e r i s t i co fs t e pr e s p o n s e 4 9 2 4 6c h a r a c t e r i s t i co ft h ei s o k i n e t i cc p m 5 0 4 3f u z z yi m m u n ep i d + f e e d f o r w a r da l g o r i t h m 5 2 4 3 1t h ep r i n c i p l eo fi m m u n ef e e d b a c k 5 2 4 3 2t h ep r i n c i p l eo ff u z z yc o n t r o l 5 5 4 3 3c o n t r o ls t r u c t u r eo f t h ef u z z yi m m u n ep i d + f e e d f o r w a r d 5 5 4 3 4b a s i cp r o c e d u r e so ff u z z yi m m u n ep i d 5 6 4 3 5r e a l i z a t i o no ftp r o g r a m 5 9 4 3 6c h a r a c t e r i s t i co fs t e pr e s p o n s e 6 0 4 3 7c h a r a c t e r i s t i co fi s o k i n e t i cc p m 6 1 4 4s u m m a r yo fc h a p t e r4 6 5 x c h a p t e r 5e x p e r i m e n ts t u d yo fi s o k i n e t i ca r mc h a r a c t e r i s t i c 6 7 5 1e x p e r i m e n t a lp r i n c i p l eo ft h ei s o k i n e t i ca r m 。6 7 5 2c o n t r o ls t r u c t u r e 6 8 5 3e x p e r i m e n t a la n a l y s i s 6 8 5 4s u m m a r yo fc h a p t e r5 7 0 c o n c l u s i o n s 7 1 1 s u m m a r yo f t h ep a p e r 7 1 2 f u r t h e rw o r k 7 1 r e f e r e n c e 7 3 p u b l i s h e dp a p e r s 7 7 a n n o u n c eo fo r i g i n a lc r e a t i o n 7 8 t h a n k s 7 9 x i 【一一 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 机器人学是近4 0 年来发展起来的一门交叉性学科，涉及计算机科学、电子学、 传感器技术、控制理论、仿生学、机械学、人工智能等学科领域。从诞生到现在， 机器人已经由简单可编程机器人、低级智能可编程机器人发展到高级智能机器人阶段， 并且广泛应用于日常生活领域、空间探索领域、军事应用领域和工业生产等领域。 目前，机器人技术在医疗领域得到了飞速的发展，医用机器人已经成为国际机 器人领域的一个前沿研究热点。医用机器人主要包括康复机器人、外科手术机器人 和医用服务机器人等。康复机器人又可分为康复训练机器人和辅助型康复机器人。 康复训练机器人主要用来帮助患者完成各种运动功能恢复的训练，如行走训练、手 臂运动训练等；辅助型康复机器人主要用来帮助肢体运动有困难的患者完成各种动 作，如机器人轮椅、导盲手杖、机器人假肢、机器人护士等。本文研究的基于嵌入 式控制器的p k r t d 属于康复训练机器人，该类机器人涉及康复医学、生物力学、 机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人学等 诸多学科领域，已成为国际机器人领域的一个研究热点。 1 2 康复训练机器人研究概况 目前，国内外对康复训练机器人的研究主要集中在人体上肢、人体下肢和骨盆。 国内外研究机构，针对上、下肢各个环节，深入研究了应用于单个关节康复训练和 多个关节联合训练的康复机器人；针对人体骨盆，提出了绳索牵引控制骨盆运动， 并分析了不同位置时各绳索的拉力性能乜】。 康复训练机器人有两种控制方式，一种是按照人为设定好的训练方式，控制康 复机器人运动；一种是采集脑电信号或肌电信号，并对其进行在线辨识，得出相应 的训练方式，进而控制康复机器人。为解决一对一康复治疗医务人员紧缺的问题， 基于网络的远程康复训练机器人系统得到研究与应用；为了鼓舞患者进行康复训练， 提高康复训练对患者的吸引力和康复效果，虚拟现实技术被引入，由此开辟了康复 机器人研究的新领域。 广东工业大学硕士学位论文 1 2 1 上肢康复训练机器人研究概况 上肢康复训练机器人的研究源于加利福尼亚大学，1 9 9 3 年p e t e rs l u m 研究设计 了名为手一物体一手的康复装置，以简单的双手移动与挤压物体，训练双手协调性 。1 9 9 5 年，p e t e rs l u m 又设计出一套训练双手上举协调性的装置h 1 。2 0 0 0 年，p e t e r s l u m 与斯坦福大学合作开发了名为m i m e 的系列康复机器人，该系列机器人分为 三代，第一代完成两个自由度的单关节运动，包括肘部伸展弯曲，前臂的旋后旋 前，第二代能够实现前臂的平面运动，第三代能够实现前臂的三维空间运动瞄3 。1 9 9 9 年j a l a s t a i rc o z e n s 设计了一套康复装置，该装置跟随支撑臂前方的闪烁灯，执行 1 0 8 0 度的肘部伸展弯曲运动哺1 。2 0 0 0 年芝加哥大学研制了三自由度的a r mg u i d e 训练装置，通过手动调节其中两自由度，使患者完成不同直线轨迹的r e a c h 训练h 8 1 。 麻省工学院从1 9 9 5 年开始研制了一种称为m i t - m a n u s 的机器人，患者握住连杆机 构末端手柄，完成平面内的运动训练阳1 。瑞士苏黎世大学研究的a r m i n 康复机器人 具有低惯性、低摩擦，可反向驱动的特性，具有6 自由度、四种运动模式n 们。法国 研制的k i n e t e cc p m 系列设备，通过调节电机驱动器的各种运行参数实现手指、手 腕、肘、肩等关节损伤的康复训练，在临床应用中取得了较好效果3 。2 0 0 5 年，斯 坦福大学和芝加哥康复研究所联合研制了一种便携式家用远程康复系统，该遥操作 系统主要由主手、从手以及各自的控制器组成。从手引导患者进行康复运动并检测 和记录运动信息，主手作为医生的监控设备，通过网络发送命令并接受从手的运动 信息，以实现患者肘部的康复训练n 羽。2 0 0 0 年，r u t g e r s 和s t a n f o r d 医学院研制了 一套家用康复医疗机器人系统，由一个带图像加速器的p c 机、一个追踪器和一个 多功能触摸控制界面组成，用w o r l d t o o l k i t 软件构件了虚拟环境，并进行虚拟康复 路径规划，远程计算机通过i n t e r a c t 连接，治疗师可以在门诊进行远程监控，该系 统主要用于患者手、肘、膝、踝关节的康复训练n 羽。 国内上肢康复训练机器人研究主要集中在各高校。清华大学研制了用于偏瘫上 肢复合运动的康复训练机器人，该机器人可以带动患者患肢完成大范围、大幅度的 复合运动训练，并可以实现主动、被动、阻抗、助力等多种训练模式，同时具有较 高的安全性n 劓。哈尔滨工业大学研制了一款融合单关节、多关节及日常生活功能训 练的5 自由度外骨骼式偏瘫上肢康复机器人系统，该系统根据偏瘫患者上肢单侧受 损的特点，提取偏瘫患者健康肢体运动的表面肌电信号，进行在线辨识，并将辨识 2 第一章绪论 结果用于控制康复机器人，实现患肢的康复训练n 劓。为了实时定量评价康复机器人 的康复效果，清华大学提出了一种综合考虑方向控制特征、运动范围以及速度控制 特征的运动学评价方法，用于评价偏瘫患者肩、肘关节的运动功能水平，进而评价 康复机器人的康复训练效果n 引。河北工业大学将虚拟现实技术引入到肢体康复工程， 研制了手臂外骨骼康复系统，实现了手臂运动的控制，并搭建了虚拟环境仿真平台 n 6 1 。东南大学将力反馈遥操作机器人技术应用于康复训练，研制了一种基于i n t e r n e t 的远程康复训练机械臂，医生可远程设定康复机械臂的训练模式和控制参数，利用 反馈的视频图像及力反馈信息监控患者的训练状况n 。河北科技大学通过头皮上放 置的电板，采集诱发的脑电信号，经放大滤波后，根据独立分量分析( i n d e p e n d e n t c o m p o n e n ta n a l y s i s ，i c a ) 原理和f a s ti c a 算法，提取特征信号，实现脑一计算机接口， 并用于控制康复机器人n 8 1 。 1 2 2 下肢康复训练机器人研究概况 德国生产的主被动活动器c a m o p e d ，以健康腿的主动运动来帮助病患腿的被 动训练，能有效地恢复患者的本体感觉和协调功能n 。德国柏林自由大学( f r e e u n i v e r s i t yb e r l i n ) 研制了m g t 型腿部康复机器人样机n 钔。美国的r u t g e r s 大学研制了r u t g e r 踝部康复机器人样机啪3 。瑞士苏黎士联邦工业大学在腿部康 复机构、步态分析方面取得了一些成果，在汉诺威2 0 0 1 年世界工业展览会上展出了 名为l o k o m a t 的康复机器人，该机器人用一套悬吊系统来平衡人体的一部分重力， 用一套可旋转的平行四边形机构来进行平衡控制，使患者不用自己保持上身在竖直 平面内心。日本的m a k i k a w a 实验室结合机器人技术、生物信号测量技术、虚拟现 实技术研制出一种下肢康复机器人。该机器人可以使病人模拟正常人走路、上斜坡、 爬楼梯、滑行等各种运动，从而达到康复锻炼的目的。德国f r a u n h o f e r 研究所研制 了绳驱动康复训练机器人。 清华大学在国家自然科学基金的资助下，研制了卧式下肢康复机器人样机。哈 尔滨工程大学也在下肢康复机器人领域进行了研究，并取得了较多的成果，研制了 由电机驱动的卧式下肢康复训练机器人和模拟正常人行走的下肢康复训练机器人。 燕山大学详细分析了踝关节的损伤机理、组成、结构、治疗和康复方法，并研究了 踝关节康复机器人的机构、运动学特性及控制系统船羽。上海大学设计了一种绳牵引 的减重支撑系统，采用力控制方式实现了减重力的恒定，并用s i m u l i n k 对控制系统 广东工业大学硕士学位论文 进行了仿真心钔。本课题研究的前期，已设计了p m a 驱