摘 要
隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，將機(jī)器人輔助治療技術(shù)應(yīng)用到中風(fēng)患者的康復(fù)訓(xùn)練中，已經(jīng)受到了國內(nèi)外研究人員的重視，并逐漸成為康復(fù)工程領(lǐng)域研究的重要課題和熱點。具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。
本文主要研制了一套上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，并對其柔順控制策略進(jìn)行了研究，具體工作如下：
1、根據(jù)國內(nèi)外上肢康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，提出了上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全性設(shè)計、機(jī)器人控制系統(tǒng)方案的設(shè)計、傳感器及電機(jī)的選擇等，介紹了系統(tǒng)的四種訓(xùn)練模式并確定了控制系統(tǒng)所采用的控制策略。
2、設(shè)計了康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件電路，主要包括：電源電路、傳感器數(shù)據(jù)采集電路以及電機(jī)驅(qū)動電路等。
3、設(shè)計了康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件，主要包括：下位機(jī)控制系統(tǒng)軟件、基于Labview上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。下位機(jī)控制系統(tǒng)軟件主要包括：信號采集模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、運動控制模塊等。
4、設(shè)計了虛擬現(xiàn)實輔助訓(xùn)練軟件，采用OpenGL為本系統(tǒng)開發(fā)了一套虛擬現(xiàn)實輔助訓(xùn)練軟件來輔助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
5、研究了上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人柔順控制策略，重點研究了機(jī)器人的阻抗控制策略，并通過Simulink仿真分析了各阻抗參數(shù)對機(jī)器人力控制性能的影響，為以后根據(jù)不同的康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境如何選擇合適的參數(shù)提供依據(jù)。仿真結(jié)果表明本系統(tǒng)設(shè)計的阻抗控制器能夠使康復(fù)機(jī)器人達(dá)到很好柔順控制效果。

關(guān)鍵詞 康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人；虛擬現(xiàn)實；OpenGL；柔順控制；阻抗控制











































Abstract
With the development of robot technology, the robot-assisted therapy applied to the rehabilitation of stroke patients has been gradually paid attention by domestic and foreign researchers.It has become an important research subject and hot spot in the field of rehabilitation engineering. Therefore,the study has important significance and application value.
In this paper,a set of upper-limb rehabilitation robot system is developed, and its compliance control strategy has been studied. The concrete researchs are as follows:
1. According to the development of upper-limb rehabilitation robot, the overall design of upper-limb rehabilitation robot system is proposed, including mechanical structure design,security design, robot control system design,the choice of sensor and motor.And four kinds of control mode is proposed, the control strategy of motion control is detemined.
2. The control system hardware circuit of the rehabilitation robot system is designed.
Including power supply circuit,sensor data acquisition circuit and motor drive circuit.
3. The control system software of the rehabilitation robot system is designed.Including
control system software of the lower computer and monitoring system software of the upper computer based on Labview.And control system software of the lower computer including signal acquisition module, network communication module and motion control module.
4. Virtual reality based training sofrware is designed.A virtual reality based training software using OpenGL is designed to assist patients with rehabilitation.
5. The compliant control strategy of the upper-limb rehabilitation robot is studied,
especially the robot impedance control strategy.The influence of impedance parameters on the force control performance is analysised by Simulink.It provides the basis for how to chose impedance parameters in different rehabilitation environment.The simulation results show that the impedance controller of the system can achieves good compliance control effect.

Keywords Rehabilitation Robot；Virtual Reality；OpenGL；Compliant Control；Impedance Control


















目錄
摘要 I
Abstract III
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 課題研究意義 1
1.3 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2
1.4 本文的研究內(nèi)容和主要工作 6
第2章 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 8
2.1 引言 8
2.2 機(jī)器人系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
2.3 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
2.3.1 康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂 10
2.3.2 位置傳感器的選擇 11
2.3.3 力傳感器的選擇 12
2.3.4 電動機(jī)的選擇 12
2.3.5 安全性設(shè)計 12
2.4 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)方案設(shè)計 13
2.5 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制模式及控制策略 14
2.6 本章小結(jié) 15
第3章 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 16
3.1 引言 16
3.2 ARM最小系統(tǒng) 17
3.3 電源電路的設(shè)計 17
3.4 力傳感器采集與調(diào)理放大電路的設(shè)計 18
3.5 位置傳感器采集與處理電路的設(shè)計 19
3.5.1 位置傳感器的標(biāo)定 20
3.6 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計 21
3.6.1 驅(qū)動方式選擇 21
3.6.2 電機(jī)PWM驅(qū)動原理 21
3.6.3 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計 23
3.7 本章小結(jié) 24
第4章 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 25
4.1 引言 25
4.2 下位機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 25
4.2.1 軟件架構(gòu) 25
4.2.2 主控模塊 26
4.2.3 數(shù)據(jù)采集模塊 26
4.2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊 27
4.2.5 運動控制模塊 33
4.3上位機(jī)基于Labview的監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 34
4.3.1 虛擬儀器及Labview簡介 34
4.3.2 上位機(jī)Labview監(jiān)控界面設(shè)計 34
4.4 本章小結(jié) 38
第5章 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輔助康復(fù)訓(xùn)練軟件設(shè)計 39
5.1 引言 39
5.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)介紹 39
5.3 OpenGL簡介 39
5.4 程序設(shè)計 40
5.4.1 O..