外骨骼助行機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)與靜穩(wěn)定行走步態(tài)規(guī)劃.pdf

1、下肢外骨骼機(jī)器人是一種可以穿戴在使用者身體外部的機(jī)械裝置，能夠提供輔助行走、提高力量等功能。其主要用途有兩大類：第一類輔助老年人以及下肢癱瘓者進(jìn)行行走，提高他們自主生活的能力；第二類為單兵作戰(zhàn)的士兵、科考人員等常人提供額外的力量，幫助他們在工作時能夠減少大量的體能消耗，提高工作效率。外骨骼機(jī)器人的研究融合了人機(jī)工程學(xué)、機(jī)器人學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、仿生學(xué)、傳感技術(shù)、信號處理、控制等相關(guān)學(xué)科，突出人機(jī)結(jié)合、優(yōu)勢互補(bǔ)。
　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交

2、通運(yùn)輸工具在不斷地增多，造成的交通事故也在不斷增長。因交通事故造成神經(jīng)損傷、肢體損傷的人數(shù)也在不斷地上漲。同時，隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展、生活質(zhì)量的提高以及出生率的逐漸降低，老齡人口也在逐年增加。下肢癱瘓者和行走不便的老年人對能夠?qū)崿F(xiàn)正常行走、提高自主生活能力的需求在逐漸增強(qiáng)。針對這樣的要求，對能夠輔助老年人和下肢癱瘓者行走的外骨骼助行機(jī)器人進(jìn)行了研究。本課題是在國家自然科學(xué)基金“面向外骨骼助行機(jī)器人的柔順人機(jī)連接原理及實(shí)現(xiàn)方法研究”的資助下具體

3、展開的，其主要的研究內(nèi)容包含以下幾部分：
　　(1)外骨骼助行機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)分析：在對人體行走時下肢生物骨骼模型分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合各關(guān)節(jié)自由度的配置和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的范圍設(shè)計(jì)了一種8自由度的外骨骼助行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)并進(jìn)行加工裝配。接著對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)建模，建立關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和重心軌跡的關(guān)系以及絲母位移和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)關(guān)系，給后續(xù)的步態(tài)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。
　　(2)步態(tài)規(guī)劃：在重心投影法的理論基礎(chǔ)上，基于重心軌跡對下肢外骨骼助行機(jī)器

4、人的行走運(yùn)動進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃，使其實(shí)現(xiàn)靜穩(wěn)定行走。此外，提出了機(jī)器人行走時穩(wěn)定程度的評價指標(biāo)，即穩(wěn)定裕度，結(jié)合步態(tài)規(guī)劃的方法建立穩(wěn)定裕度的計(jì)算方法。并通過 MATLAB進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，對比理論求得與規(guī)劃的重心軌跡和穩(wěn)定裕度，通過步態(tài)參數(shù)的修改，使得理論求得的穩(wěn)定裕度足夠大，從而滿足機(jī)器人能夠靜穩(wěn)定行走。
　　(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：為了驗(yàn)證步態(tài)規(guī)劃的正確性以及機(jī)器人靜穩(wěn)定行走的穩(wěn)定性，進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。首先搭建整個實(shí)驗(yàn)平臺的硬件系統(tǒng)和軟件