偏瘫患者辅助行走下肢康复外骨骼系统开发研究

近年来,随着机器人技术的发展和学科交叉性的日益增强,运动康复外骨骼技术研究成为了一个热门的研究领域,而针对偏瘫患者的运动康复外骨骼就是其中一个重要的研究方向。偏瘫是一种由于大脑损伤而引起的一侧肢体运动功能障碍为主要表现的体征,患者行走时表现为支撑相长短步、摆动相划圈步的异常步态。将外骨骼技术引入偏瘫患者的步行康复训练中,不仅可以有效纠正划圈步态,促进患者正常步行能力的恢复,而且可以依靠外骨骼动力辅助患者行走,将理疗师从繁重的体力劳动中彻底解放出来。 首先,本课题在调研大量国内外研究机构开发的辅助行走外骨骼的基础上,利用并改进原有下肢康复外骨骼的机械结构,采用滚珠丝杆伸缩模拟下肢主要肌群的作用,充分考虑安全可靠、可穿戴调节因素,初步设计了一种电机驱动髋、膝关节实现屈伸运动的单腿外骨骼。 其次,搭建了一套以DSP和电机驱动器为控制核心的硬件系统,并基于CANopen通讯协议和Zigbee无线技术实现了系统的可靠通讯。在此硬件基础上分别开发了下位机控制程序和上位机用户界面,实现了关节电机的快速、准确控制和人机的友好交互。此外,针对偏瘫患者不同步行康复训练阶段的不同需求,制定了被动控制和自主控制两种不同的步行训练控制策略,具有步态相位反馈和运动意图检测判断功能,能够提高患者步行训练的舒适性和自主性,达到预期康复效果的目标。 最后,在原型样机系统的平台基础上,进行了一系列初步的系统测试实验,包括外骨骼空载实验和正常人参与的步行实验,验证了系统基本功能的安全可靠性和自主步行训练的可行性,基本实现了系统的辅助行走功能,为后续的双腿外骨骼研究提供了初步的理论和实践基础。