下肢助力外骨骼機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、可穿戴外骨骼機(jī)器人是一種助行機(jī)械裝置，可以通過跟蹤人體運(yùn)動(dòng)為正常人的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力輔助，將操作者的意圖和機(jī)器人的動(dòng)力聯(lián)合在一起，從而大幅增強(qiáng)人們負(fù)載能力和行走耐力，在軍事、醫(yī)療康復(fù)及救災(zāi)等方面具有廣泛應(yīng)用前景。本文主要從本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制研究兩方面，對(duì)下肢助力外骨骼機(jī)器人進(jìn)行初步研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.根據(jù)可穿戴外骨骼機(jī)器人擬人化總體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以人體下肢解剖學(xué)和步態(tài)運(yùn)動(dòng)理論為依據(jù)，對(duì)外骨骼機(jī)器人進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括:

2、自由度配置、主動(dòng)關(guān)節(jié)、輔助關(guān)節(jié)以及腿部調(diào)整等設(shè)計(jì)，保證外骨骼機(jī)器人自適應(yīng)性、實(shí)用性和舒適性及運(yùn)行的安全性等要求。
　　2.建立外骨骼機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過齊次坐標(biāo)變換方法對(duì)外骨骼機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)求解分析;依據(jù)人體正常步行時(shí)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度的CGA數(shù)據(jù)庫，對(duì)人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析研究，并計(jì)算各關(guān)節(jié)的力矩和功率，為外骨骼機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)提供依據(jù);對(duì)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角變化進(jìn)行曲線擬合建立數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)步態(tài)控制研究與運(yùn)動(dòng)仿真奠定基礎(chǔ)。
　　

3、3.采用拉格朗日方程建立外骨骼機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)助力外骨骼機(jī)器人保證準(zhǔn)確隨動(dòng)及滿足人機(jī)交互功能要求，采用位置控制和力控制的控制策略對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行研究;并根據(jù)外骨骼運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)，將模糊控制引入PID構(gòu)成模糊PID控制器。
　　4.在Simulink中實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的封裝建模，仿真驗(yàn)證控制算法的有效性。并與ADAMS建立下肢外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真平臺(tái)，通過仿真對(duì)所建立模型正確性及控制策略的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，并驗(yàn)證外骨骼機(jī)器人軌跡