可穿戴并聯(lián)步行助力機(jī)器人的平衡控制及便攜式控制器的開發(fā).pdf

1、我國已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，而老年人的常見疾病為骨關(guān)節(jié)炎，由骨關(guān)節(jié)炎引起的疼痛和功能障礙將會(huì)導(dǎo)致行走困難。本文提出開發(fā)可穿戴并聯(lián)步行助力機(jī)器人，為老年人的行走過程提供減重助力和康復(fù)訓(xùn)練。
　　本文針對(duì)國內(nèi)外步行助力機(jī)器人的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)體積大、質(zhì)量重、價(jià)格昂貴、難以維持平衡步行助力、且不能脫離實(shí)驗(yàn)室而行走于戶外，因此需對(duì)步行助力機(jī)器人的平衡控制進(jìn)行研究，并開發(fā)出便攜式控制器。
　　介紹了本研究的前期工作，以及對(duì)

2、前期步行助力機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，主要包括自鎖滑軌中解鎖機(jī)構(gòu)和測力鞋的設(shè)計(jì)。介紹了步行助力機(jī)器人的電氣系統(tǒng)，包括電氣系統(tǒng)的組成、電路圖和氣動(dòng)原理圖。
　　對(duì)步行助力機(jī)器人的平衡控制原理進(jìn)行了研究，通過細(xì)分人的步行周期，應(yīng)用靜態(tài)平衡行走原理，計(jì)算出測力鞋的壓力中心和各個(gè)助力氣缸的支撐力，并采用了支撐狀態(tài)法和比例系數(shù)法計(jì)算出助力氣缸的支撐合力。詳細(xì)介紹了步行助力機(jī)器人的控制系統(tǒng)，硬件設(shè)計(jì)中采用ARM Cortex-M3的LPC

3、1768處理器，并設(shè)計(jì)出最小系統(tǒng)電路和外圍接口電路;軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化編程，并設(shè)計(jì)出人機(jī)交互界面;最終開發(fā)出步行助力機(jī)器人的便攜式控制器。
　　應(yīng)用Matlab和Simulink等軟件，對(duì)步行助力機(jī)器人進(jìn)行了仿真分析。建立地面反力模型、人體模型和步行助力機(jī)器人模型，最終得到人機(jī)一體模型。通過人體步行數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，采集到12個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)向量。通過人體模型的步行仿真分析，證實(shí)了人體行走步態(tài)的穩(wěn)定性和地面反力模型的真實(shí)性。通過人機(jī)一