可穿戴并聯(lián)步行助力機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)進入老齡化社會，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。
　　本文針對國內(nèi)外步行助力機器人的研究現(xiàn)狀進行分析，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)體積大、質(zhì)量重、價格昂貴、難以維持平衡步行助力、且不能脫離實驗室而行走于戶外，因此需對步行助力機器人的平衡控制進行研究，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

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

3、1768處理器，并設(shè)計出最小系統(tǒng)電路和外圍接口電路;軟件設(shè)計中采用模塊化編程，并設(shè)計出人機交互界面;最終開發(fā)出步行助力機器人的便攜式控制器。
　　應(yīng)用Matlab和Simulink等軟件，對步行助力機器人進行了仿真分析。建立地面反力模型、人體模型和步行助力機器人模型，最終得到人機一體模型。通過人體步行數(shù)據(jù)采集實驗，采集到12個自由度的驅(qū)動向量。通過人體模型的步行仿真分析，證實了人體行走步態(tài)的穩(wěn)定性和地面反力模型的真實性。通過人機一