外骨骼下肢助力機(jī)器人技術(shù)研究.pdf

1、外骨骼下肢助力機(jī)器人技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要分支，它涉及了機(jī)器人技術(shù)、人機(jī)工程學(xué)、機(jī)械學(xué)、計(jì)算科學(xué)和通訊技術(shù)等領(lǐng)域，是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)。隨著單兵作戰(zhàn)裝備重量的增加，該項(xiàng)技術(shù)在增強(qiáng)士兵承受負(fù)載的能力的領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景。論文主要針對(duì)助力機(jī)器人應(yīng)用需求，對(duì)外骨骼下肢助力機(jī)器人進(jìn)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)、動(dòng)力學(xué)和控制策略研究、并對(duì)人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。
　　外骨骼下肢助力機(jī)器人以多關(guān)節(jié)的外

2、骨骼機(jī)器人為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，借助航姿參考系統(tǒng)、足底壓力分布測(cè)試系統(tǒng)等人機(jī)交互系統(tǒng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)意圖進(jìn)行判斷、并結(jié)合機(jī)器人的控制系統(tǒng)，達(dá)到能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并控制機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)的目的。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)人機(jī)工程學(xué)理論，從步態(tài)運(yùn)動(dòng)安全性、舒適性、可靠性以及機(jī)構(gòu)實(shí)用性、輕便性出發(fā)，著重研制了適合不同身材的多關(guān)節(jié)外骨骼助力機(jī)器人機(jī)構(gòu)本體，并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析和改進(jìn)。
　　針對(duì)人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人結(jié)構(gòu)，本文采用齊次變換法建立機(jī)器人正逆

3、運(yùn)動(dòng)學(xué)，分析人體平地走和爬樓梯步態(tài)運(yùn)動(dòng)一般性規(guī)律，并針對(duì)人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的采集搭建了航姿參考系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)采集和分析了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度數(shù)據(jù)。
　　基于拉格朗日方程和虛功原理推導(dǎo)了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，論文建立起機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩與足底約束力的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，并以此理論為基礎(chǔ)針對(duì)步態(tài)兩相建立了位置控制和力-位控制的控制模型。并對(duì)力-位控制進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證控制方法的正確性。
　　本文搭建了外骨骼下肢助力機(jī)器人的軟硬件平臺(tái)，硬件系統(tǒng)包