剛?cè)峄炻?lián)下肢康復(fù)機(jī)器人繩索力優(yōu)化及柔順性控制研究.pdf

1、近年來，隨著人們生活質(zhì)量的提高，服務(wù)型機(jī)器人受到社會(huì)廣泛關(guān)注，其中幫助運(yùn)動(dòng)功能障礙患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人也快速發(fā)展起來。因繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)布置容易、柔順性好等特點(diǎn)，所以更能滿足康復(fù)訓(xùn)練中的機(jī)器人構(gòu)型需要和柔順性要求，增強(qiáng)患者在康復(fù)訓(xùn)練中的有效性和安全性。因此，研究繩牽引下肢康復(fù)機(jī)器人繩索力及其柔順性控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本課題是在國(guó)家自然科學(xué)基金（51405095）、哈爾濱市科技創(chuàng)新人才專項(xiàng)資金（2014RFQXJ

2、037）及黑龍江博士后科研啟動(dòng)金（LBH-Q15030）資助下進(jìn)行的。主要內(nèi)容如下：
　　首先，根據(jù)步態(tài)訓(xùn)練需要，建立了剛?cè)峄炻?lián)機(jī)器人構(gòu)型，依據(jù)機(jī)器人構(gòu)型的驅(qū)動(dòng)冗余度，利用廣義逆g逆與Drazin逆，建立了繩索力優(yōu)化模型，并通過MATLAB對(duì)模型進(jìn)行了仿真分析，求解出繩索力變化規(guī)律。利用所提出的衡量繩索驅(qū)動(dòng)力性能指標(biāo)，對(duì)比分析不同驅(qū)動(dòng)冗余度下繩索驅(qū)動(dòng)力的性能，為機(jī)器人繩索設(shè)置提供了依據(jù)。
　　其次，建立機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，

3、并依據(jù)繩索驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)學(xué)模型，分析繩索剛度系數(shù)K與繩索阻尼系數(shù)B對(duì)繩索驅(qū)動(dòng)單元頻率特性的影響，進(jìn)而分析剛?cè)峄炻?lián)下肢康復(fù)機(jī)器人的被動(dòng)柔順性。考慮到訓(xùn)練者與機(jī)器人直接接觸，為了保證訓(xùn)練者在康復(fù)訓(xùn)練中的有效性和安全性，建立基于力內(nèi)環(huán)、位置外環(huán)的阻抗控制策略，使系統(tǒng)具有主動(dòng)柔順性特征，同時(shí)考慮外界擾動(dòng)，在阻抗控制中加入前饋控制，構(gòu)成繩索驅(qū)動(dòng)單元的復(fù)合控制策略，實(shí)現(xiàn)抵抗擾動(dòng)干擾提高跟蹤效果。利用MATLAB/Simulink對(duì)系統(tǒng)控制性能進(jìn)行仿真