基于氣動人工肌肉的人工腿運動控制研究.pdf

1、在智能假肢研究及開發(fā)過程中，需要對其進行大量的性能測試實驗，但讓殘疾人穿戴假肢進行實驗比較困難。為了給智能假肢的性能測試提供理想的實驗平臺，課題組提出了異構雙腿行走機器人模式。人工腿作為異構雙腿行走機器人的重要組成部分，其主要功能是模擬殘疾人健康腿的正常步態(tài)，給智能仿生腿提供步態(tài)跟隨目標軌跡。因此，人工腿的運動控制對整個異構雙腿行走機器人的研究具有非常重要的意義。
　　基于對人體下肢的生理結構及運動機理的分析，充分考慮健康人腿結構

2、尺寸的基礎上，對人工腿的整個機械系統(tǒng)進行了詳細的結構設計和三維運動仿真，并開發(fā)了人工腿原型樣機。在驅動方面，采用伺服電機作為髖關節(jié)和踝關節(jié)的驅動源，采用氣動人工肌肉(PMA)作為膝關節(jié)的驅動源。
　　膝關節(jié)的控制系統(tǒng)是本文研究的重點，結合氣動人工肌肉的驅動方式，設計了由氣動人工肌肉和氣動高速開關閥組成的膝關節(jié)氣動控制系統(tǒng)。由于氣動人工肌肉(PMA)本身具有非線性，解析計算建模較為困難，本文利用已搭建完成的氣動人工肌肉性能測試實驗平

3、臺對人工肌肉的特性進行了分析，并建立了精確的數(shù)學模型。
　　以膝關節(jié)的控制系統(tǒng)為研究對象，在動力學分析的基礎上，建立了驅動關節(jié)的數(shù)學模型，并采用虛擬樣機技術搭建了聯(lián)合仿真平臺。以提高系統(tǒng)控制精度為目的，應用PID控制策略和滑模變結構控制策略，分別對膝關節(jié)的控制系統(tǒng)進行了人工腿步態(tài)軌跡跟蹤控制仿真，并得到了良好的仿真實驗結果。
　　在理論研究的基礎上，完成了人工腿控制系統(tǒng)實驗平臺的搭建，并分別進行了三個關節(jié)的步態(tài)軌跡跟隨實驗研