下肢助力外骨骼機器人的研究.pdf

1、通過助力外骨骼機器人輔助因脊髓損傷等原因致殘的患者的進行站立及行走活動，幫助患者減輕并發(fā)癥及痛苦，使其最大限度的回歸正常生活已成為醫(yī)療領域的迫切需求。本文針對輔助殘疾人行走的下肢助力外骨骼機器人展開一些探索性研究，具體包括機器人機械系統(tǒng)的設計、外骨骼系統(tǒng)運動學與動力學分析、控制算法的研究及實驗平臺的建立與實驗驗證等。
　　進行機械系統(tǒng)的設計，首先應明確使用對象的特殊性，了解脊髓損傷后的病征，為設計奠定醫(yī)學基礎。其次對人體的下肢結(jié)構(gòu)

2、及運動特征分析，明確人體尺寸及下肢活動范圍。在此基礎上確定機器人關(guān)節(jié)自由度，并選擇合適的驅(qū)動方式，進行了總體結(jié)構(gòu)設計，加工研制樣機。
　　對外骨骼機器人進行運動學分析，了解機器人運動特性，確定末端位姿與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角間的關(guān)系，為執(zhí)行器的選型提供依據(jù)。對機器人人機系統(tǒng)進行動力學分析，利用拉格朗日方程依據(jù)不同的行走階段建立了三種動力學模型，為機器人控制奠定基礎。基于Adams模型進行了動力學仿真，驗證所建立動力學模型的正確性，并以此為基礎建

3、立Adams-MATLAB聯(lián)合仿真平臺。
　　采用基于動力學的計算力矩法進行機器人系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制，但是由于系統(tǒng)干擾較大，動力學建模誤差大，導致計算力矩法失效。在此基礎上提出了基于滑模變結(jié)構(gòu)補償?shù)挠嬎懔胤ǎa償了建模誤差，針對滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)抖振問題，引入了準滑模動態(tài)控制，采用飽和函數(shù)代替符號函數(shù)，有效降低了抖振。但是滑模補償器中切換增益依賴于系統(tǒng)建模誤差上界，估值不準將導致系統(tǒng)控制性能下降，因此提出了利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適