步態(tài)訓練器位姿控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著社會的飛速發(fā)展和科技的不斷進步，今天，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高了。在此背景下，步態(tài)訓練器應運而生，并在醫(yī)療康復、體育訓練、人機工程以及航空航天等領域發(fā)揮出愈來愈重要的作用。本文主要針對步態(tài)訓練器的位置和姿態(tài)控制系統(tǒng)展開以下幾個方面的研究：
　　首先，分析步態(tài)訓練器的功能要求和性能指標，并在此基礎上制定機構總體方案。然后建立基于閉環(huán)矢量法的機構運動學分析模型，推導其正、逆運動學方程。再利用MatLab軟件解算末端執(zhí)行單元的

2、運動空間，驗證機構方案的可行性。
　　其次，在矢狀面內(nèi)建立基于人體生物力學理論的下肢運動系統(tǒng)剛體模型，據(jù)此推導一足足心相對于另一足足心的等價齊次變換矩陣，并在步態(tài)周期研究的基礎上求解人體下肢運動系統(tǒng)運動學方程。利用 FAB系統(tǒng)進行平地行走以及上、下樓梯模式下的步態(tài)測量實驗，并將實驗數(shù)據(jù)導入運動學方程計算相應模式下的步態(tài)軌跡。將規(guī)劃軌跡載入機構逆運動學模型求解相關運動關節(jié)輸入，對各運動關節(jié)進行運動規(guī)劃。建立基于Simulink的半物

3、理仿真模型，以運動規(guī)劃所得位移和轉角量等為輸入對步態(tài)訓練器進行SimMechanics仿真分析，驗證所建模型的正確性。
　　此外，采用聯(lián)立約束法建立機構動力學模型，并對機構動力學特性進行仿真分析，以此為控制系統(tǒng)研究的基礎。制定三種控制策略：被動式運動控制策略、軌跡跟蹤控制策略、柔順控制策略，采用PID控制原理設計控制器控制電機實現(xiàn)相應控制策略。分析電機控制模型，研究其在空載和帶載狀況下的響應特性。
　　最后，調(diào)試樣機系統(tǒng)檢驗