下肢外骨骼助力機器人的隨動控制研究.pdf

1、下肢可穿戴助力外骨骼機器人是一種并聯(lián)在人體上的機電一體化裝置，能夠輔助人體實現(xiàn)下肢力量的增強并減少血氧消耗。可穿戴外骨骼機器人主要包括可穿戴在人體各部位的機械裝置、動力裝置以及傳感檢測裝置三個部分，它們組成了一個可提高人體運動功能與負荷能力的輔助機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了傳感、控制、人機交互、移動計算等多學科領域的關鍵技術，其中準確識別人體運動意圖并設計控制系統(tǒng)來實現(xiàn)外骨骼下肢關節(jié)隨動助力是本文研究的重點。
　　本文以下肢外骨骼助力

2、機器人為載體，以下肢可穿戴助力機器人隨動控制系統(tǒng)為研究對象，主要研究內容包括下肢運動信息的數(shù)據(jù)采集與處理，運動學及動力學建模分析，隨動控制系統(tǒng)仿真，軟硬件的設計與樣機實驗。首先對人體下肢結構、人體步態(tài)周期進行了理論分析研究，為后續(xù)肢體模型運動軌跡計算提供理論依據(jù)。以現(xiàn)有雙關節(jié)助力外骨骼機械結構與整體控制框架為基礎，設計人體下肢信號采集系統(tǒng)和基于卡爾曼濾波器的運動意圖預測算法，預測結果作為動力學分析及控制系統(tǒng)的輸入量。利用拉格朗日-歐拉方

3、法對簡化的人體下肢模型（二連桿機構）進行動力學建模，并驗證所設計的預測算法和動力學模型的可行性和準確性。按照傳統(tǒng)D-H矩陣方法建立坐標變換矩陣，推導出助力外骨骼機器人的下肢正、逆運動學方程，從而建立關節(jié)角度變量與機器人步態(tài)軌跡數(shù)據(jù)之間的轉換關系，為實現(xiàn)步態(tài)控制提供數(shù)據(jù)支持。運用MATLAB中的Simulink和SimMechanics工具箱搭建下肢外骨骼雙閉環(huán)控制系統(tǒng)模型，驗證建立的下肢模型及控制系統(tǒng)的正確性;最后在課題組助力機器人模塊