下肢助力外骨骼機(jī)器人的研究.pdf

1、通過(guò)助力外骨骼機(jī)器人輔助因脊髓損傷等原因致殘的患者的進(jìn)行站立及行走活動(dòng)，幫助患者減輕并發(fā)癥及痛苦，使其最大限度的回歸正常生活已成為醫(yī)療領(lǐng)域的迫切需求。本文針對(duì)輔助殘疾人行走的下肢助力外骨骼機(jī)器人展開一些探索性研究，具體包括機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、外骨骼系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析、控制算法的研究及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。
　　進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)明確使用對(duì)象的特殊性，了解脊髓損傷后的病征，為設(shè)計(jì)奠定醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)。其次對(duì)人體的下肢結(jié)構(gòu)

2、及運(yùn)動(dòng)特征分析，明確人體尺寸及下肢活動(dòng)范圍。在此基礎(chǔ)上確定機(jī)器人關(guān)節(jié)自由度，并選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式，進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工研制樣機(jī)。
　　對(duì)外骨骼機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，了解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性，確定末端位姿與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角間的關(guān)系，為執(zhí)行器的選型提供依據(jù)。對(duì)機(jī)器人人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，利用拉格朗日方程依據(jù)不同的行走階段建立了三種動(dòng)力學(xué)模型，為機(jī)器人控制奠定基礎(chǔ)?；贏dams模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，驗(yàn)證所建立動(dòng)力學(xué)模型的正確性，并以此為基礎(chǔ)建

3、立Adams-MATLAB聯(lián)合仿真平臺(tái)。
　　采用基于動(dòng)力學(xué)的計(jì)算力矩法進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制，但是由于系統(tǒng)干擾較大，動(dòng)力學(xué)建模誤差大，導(dǎo)致計(jì)算力矩法失效。在此基礎(chǔ)上提出了基于滑模變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)挠?jì)算力矩法，補(bǔ)償了建模誤差，針對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)抖振問題，引入了準(zhǔn)滑模動(dòng)態(tài)控制，采用飽和函數(shù)代替符號(hào)函數(shù)，有效降低了抖振。但是滑模補(bǔ)償器中切換增益依賴于系統(tǒng)建模誤差上界，估值不準(zhǔn)將導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能下降，因此提出了利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適