基于多传感器融合的下肢康复机器人控制系统设计
下肢康复机器人作为医疗机器人领域的一个重要分支,是机器人技术与医学技术相结合的产物。针对康复治疗后期具有一定运动能力的运动障碍患者,本文提出了基于多传感器信息融合的下肢康复机器人控制系统设计,目的在于根据患者自己的运动意图,辅助患者进行康复训练。本文主要通过步态实验、多信息融合步态识别系统的构建和基于任意相角裕度R-PM法改进的PID算法来设计控制系统。论文首先分析了现有下肢康复训练方式的优缺点,结合人体下肢肌肉骨骼生物力学,分析了正常人步态周期内的运动学和动力学特征。其次,结合人体下肢运动机理设计了步态实验平台,并对人体五种步态运动模式（平地、上下楼、上下坡（10°））的特征数据进行了采集与分析,为多传感器融合算法、步态模式识别研究和控制系统设计提供了数据支撑。再次,对采集的多传感器数据进行了预处理和特征提取,并应用多传感器自适应加权融合估计算法对步态特征信息进行数据融合,构建了多分类器识别投票系统对融合数据进行学习训练,完成了对五种步态运动模式的精确分类,使步态模式的平均识别精度达到99.43%。最后,以步态模式识别的结果为输入数据进行了康复训练的控制系统设计;为了保证康复机器人运动的柔顺性,本文设计了基于任意相角裕度R-PM法改进PID控制算法。通过MATLAB的SIMULINK模块进行控制系统的仿真,验证了本研究所设计的控制系统的可行性,相较于传统PID控制,改进的PID控制器具有运动平稳性好、响应速度快和跟踪性好等优点。
- 作者：
- 周国庆
- 学位授予单位：
- 天津科技大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 张峻霞
- 中图分类号：
- R496；TP212；TP242
- 关键词：
- 下肢康复机器人；多传感器融合；多分类器；控制系统
-
- 基金项目：
- 天津市科技支撑计划（14ZCZDSY00010）