動力式下肢外骨骼控制系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、動力式下肢外骨骼是一款可以幫助人行走、負重、鍛煉下肢肌力的可穿戴設(shè)備。它將人和機器人的優(yōu)勢結(jié)合起來，通過二者之間的協(xié)同合作，以達到所期望的運動要求。當今社會人口老齡化的趨勢越來越嚴重，下肢外骨骼有助于老年人以及中風偏癱的失能人群鍛煉下肢肌肉力量，恢復肌肉活性，從而能夠改善生活質(zhì)量，提高生活品質(zhì)。
　　本文通過研究人體下肢運動機理并使用三維運動捕捉系統(tǒng)對人體下肢步態(tài)數(shù)據(jù)進行采集和分析，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

2、對動力式下肢外骨骼的結(jié)構(gòu)進行運動學和動力學分析，完成了對下肢外骨骼控制系統(tǒng)的設(shè)計。本論文主要完成了以下工作:
　　1.通過比較不同驅(qū)動方式的優(yōu)缺點，選擇電機的驅(qū)動方式，以伺服電缸作為動力元件進行驅(qū)動。
　　2.結(jié)合下肢外骨骼對驅(qū)動元件的控制要求，以及根據(jù)對動力元件的性能參數(shù)要求，綜合國內(nèi)外現(xiàn)有的產(chǎn)品，對動力元件進行設(shè)計和選型。
　　3.完成了傳感器系統(tǒng)的設(shè)計，能夠準確測量人在穿戴設(shè)備行走時的運動信息，也保障了安全。

3、r>　　4.控制系統(tǒng)的設(shè)計采用閉環(huán)控制策略，通過不斷的反饋調(diào)節(jié)以達到控制要求。采用CAN總線的通訊方式，可實現(xiàn)各節(jié)點之間的自由通信，突破了RS485通信只能以主站輪詢方式的限制，使得控制系統(tǒng)的實時性和可靠性得到了明顯的提高。
　　5.設(shè)計了PID控制算法，選擇MATLAB的SIMULINK模塊進行控制系統(tǒng)的仿真，驗證控制系統(tǒng)設(shè)計的可行性和合理性，將模糊控制和PID控制結(jié)合起來的模糊PID控制算法對控制系統(tǒng)進行進一步的優(yōu)化設(shè)計。