下肢外骨骼機器人控制系統(tǒng)平臺設(shè)計及控制算法分析.pdf

1、下肢外骨骼機器人作為一門新興的研究領(lǐng)域，涉及到了機器人學，仿生學，人工智能等多門學科。下肢外骨骼機器人的發(fā)展借鑒了仿人機器人的經(jīng)驗和技術(shù)，可以穿戴在人體上，實現(xiàn)“人機一體化”，其在醫(yī)學康復(fù)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域都有較大發(fā)展。下肢外骨骼康復(fù)機器人將患者從傳統(tǒng)的理療師“一對一”康復(fù)訓練中解脫出來，改變了人們對于傳統(tǒng)康復(fù)醫(yī)療的認知。在軍用領(lǐng)域，下肢外骨骼系統(tǒng)可以最大限度提高士兵的能力，提升其整體素質(zhì)。本課題承接課題組已有工作，對下肢外骨骼機器人的控制

2、平臺搭建和控制算法實現(xiàn)進行了重點研究。
　　本文首先對國內(nèi)外下肢外骨骼技術(shù)研究現(xiàn)狀做了總結(jié)，在借鑒已有技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計了自己的系統(tǒng)方案，該方案以TwinCAT為基礎(chǔ)設(shè)計控制主站，采用以太網(wǎng)作為控制系統(tǒng)總線，并使用EtherCAT作為通訊協(xié)議，提高了數(shù)據(jù)傳播速度與控制精度，實現(xiàn)了多電機協(xié)調(diào)運動。
　　為了分析系統(tǒng)的可行性，在對系統(tǒng)進行仿真時，本文將外骨骼系統(tǒng)簡化為五連桿進行研究，通過拉格朗日方程構(gòu)建其動力學與運動學模型。

3、在MATLAB/Simulink中分別用基于重力補償?shù)腜D控制和模糊自適應(yīng)PID控制兩種算法對其動力學模型進行仿真，通過結(jié)果分析可知模糊PID控制具有較好的控制效果。
　　本文完成了系統(tǒng)硬件平臺的搭建，將整個控制系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)層、主站層、從站層和執(zhí)行層，通過雙閉環(huán)對系統(tǒng)進行控制。主站控制器，驅(qū)動器和執(zhí)行電機構(gòu)成內(nèi)環(huán)，通過電機編碼器來反饋電機的運動狀態(tài)，從而完成閉環(huán)控制。本課題利用傳感器和PC機構(gòu)成外環(huán)。通過傳感器采集外骨骼實際運動軌