基于并联运动平台的平衡训练系统的控制与仿真（可复制论文）.pdf

哈尔滨工程大学
硕士学位论文
基于并联运动平台的平衡训练系统的控制与仿真
姓名:张楠
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:张立勋
20090301
摘要保持平衡在日常的生活中是十分重要的,是确保人类稳定站立、行走和完成复杂动作的基本能力。人体的平衡能力分为静态平衡能力和动态平衡能力。本文设计的基于并联机器人的平衡训练系统主要用于动态平衡能力的训本文首先介绍了平衡训练系统和并联机器人的发展现状。根据平衡训练的需要,机械部分采用典型的杂啥炔⒘;魅。具体的研究内容本文根据慕峁固氐悖⒘嗽硕教ǖ脑际匠獭2⒏菰际方程,推导了机器人的位姿正逆解的数学模型。根据位姿逆解,本文还分析的墓ぷ骺占洌致哿嘶到峁共问怨ぷ骺占涞挠跋臁NA吮苊馄异位形,利用奇异运动学原理,研究了钠嬉煳恍巍M保诳悸橇连杆自重的情况下,对静力学进行分析,并推导了输入输出力和力矩的数学模型。为了验证对⒘;魅说睦砺鄯治觯肕和模块库,建立了仿真模型,并进行了仿真分析。控制系统采用上下位机的控制结构,包括机、单片机和步进电机驱动器。机通过瓿捎没Ы换ソ缑婧臀蛔四娼饧扑悖单片机控制步进电机和读取传感器的信号。最后,对平衡训练模拟系统和用户交互界面进行了介绍,并进行了机与单片机的串行通信实验和系统的总体实验。实验结果表明基于⒘;魅胗鹌胶庋盗废低呈强尚械摹关键词:平衡训练系统;⒘;魅耍换狗抡娣治觯豢刂葡低练。如下:哈尔滨笱妒б谅畚
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导师┳:糊作者┳:获婶作者┳:致榔例笋歹月日期::本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。口在授予学位个月后口解密后晒豕こ檀笱徒挥泄夭棵沤斜4妗⒒惚嗟取标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。日期:学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈本论文谠谑谟柩缓蠹纯
第滦髀课题研究目的、意义神经支配或抑制、骨骼肌系纠引,因此平衡的过程是一整套错综复杂的过程。脑卒中是脑中风学名,是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病,死亡率和致残率非常高。根据统计我国每年发生脑中风病人达颍发病率高达颍虏新矢叽ァB运鹕暴力作用于头颅引起的损伤。大多数这两种患者都会有步行障碍。步行障碍的主要表现为平衡能力差、负重能力差、迈步能力差【俊;颊吣芊窬哂辛己的步行能力直接关系到他们的独立生活能力和生存质量。改善步行能力是康复最主要的目标之一【俊F胶饽芰Φ母纳贫杂诓叫心芰Φ幕指粗凉刂匾!K以,平衡能力的训练与恢复越来越受到社会的广泛重视。平衡是人类的基本运动技能,日常生活中各种动作都依赖于有效的平衡功能】。平衡功能对于维持日常生活中的各种姿势、进行各种活动以及对外界干扰产生适宜的反应尤其重要。平衡功能障碍常影响人体的整体功能,甚至可能导致跌倒H颂迤胶馐侵干硖宕υ谝恢肿颂谠硕蚴艿酵饬ψ饔时,能自动调整并维持姿势的能力。平衡控制是一种复杂的运动技巧,人体平衡的维持取决于正常的肌张力、适当的感觉输入、大脑的整合作用、交互脑卒中或脑外伤后,患者的运动或感觉传导通路发生障碍,导致肌张力、肌力异常,运动控制障碍,最终产生平衡功能障碍【俊H颂宓钠胶饽芰χ饕7为静态的平衡能力和动态的平衡能力【。静态平衡能力是指维持人体重心与姿势相对静止的静态姿势能力。动态平衡能力指在运动的状态下,对人体重心和姿势的调整和控制能力。人体动态姿势平衡功能涉及到感受器的敏感性、感受信息传入通路、中枢的整合和神经——骨骼肌传出通路等部分的综合性能。可见,动态的平衡能力的训练对恢复行走能力具有重要的意义。动平衡哈尔滨檀笱妒搪畚
!,使其重心发生偏移,诱发头部及躯但传统的动平衡训练方法利用平衡板、大球和滚筒等方式进行练习。以效率低下,可能无法保证患者得到足够的训练强度,治疗效果多取决于治疗师的经验和水