基于逆系統(tǒng)方法的下肢康復(fù)機器人解耦控制研究.pdf

1、本文以下肢康復(fù)機器人為研究對象，針對實驗室研發(fā)的上一代康復(fù)機器人電氣系統(tǒng)的不足，優(yōu)化設(shè)計了新一代下肢康復(fù)機器人電氣系統(tǒng)；基于逆系統(tǒng)理論對下肢康復(fù)機器人三自由度動力學(xué)實現(xiàn)了線性解耦，設(shè)計了線性控制器，利用模糊智能PID控制算法實現(xiàn)了各關(guān)節(jié)的軌跡跟蹤，并進行了仿真驗證。
　　首先總結(jié)實驗室研發(fā)的下肢康復(fù)機器人在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，從系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性方面設(shè)計了新一代的下肢康復(fù)機器人電氣系統(tǒng)；利用拉格朗日方程建立了三關(guān)節(jié)下肢康復(fù)機器人

2、的動力學(xué)模型；考慮到患者與機器人之間的作用力，建立了基于六維力傳感器的人機耦合動力學(xué)模型。
　　其次，針對三連桿動力學(xué)模型是非線性的，及輸入輸出之間存在耦合的特點，采用非線性理論中的逆系統(tǒng)方法，論證了動力學(xué)模型的可逆性，以解析的方法建立了動力學(xué)模型的逆系統(tǒng)，構(gòu)成了偽線性系統(tǒng)，實現(xiàn)了原動力學(xué)線性反饋解耦。通過設(shè)計線性控制器，實現(xiàn)了各關(guān)節(jié)軌跡跟蹤的控制。通過仿真驗證了理論的正確性。
　　然后，考慮以動力學(xué)模型進行對關(guān)節(jié)的力矩控制

3、，動力學(xué)模型參數(shù)不準確性、康復(fù)機器人在康復(fù)訓(xùn)練運動過程中外界干擾的不確定性、以及摩擦力矩的不確定性，設(shè)計了負反饋和 PID調(diào)節(jié)器結(jié)合的方式來消除系統(tǒng)誤差，并在此基礎(chǔ)上，引入智能模糊算法，建立了模糊自適應(yīng) PID控制器，提高系統(tǒng)的動態(tài)特性。通過仿真驗證了理論的可行性。
　　最后，搭建了新一代下肢康復(fù)機器人單腿電氣系統(tǒng)，通過實驗標定了各傳感器；解決了大小腿長度的變化導(dǎo)致動力學(xué)模型參數(shù)變化而不可求的難題，通過實驗和仿真軟件確定了三關(guān)節(jié)機