外骨骼助行機器人的構(gòu)型設(shè)計與靜穩(wěn)定行走步態(tài)規(guī)劃.pdf

1、下肢外骨骼機器人是一種可以穿戴在使用者身體外部的機械裝置，能夠提供輔助行走、提高力量等功能。其主要用途有兩大類：第一類輔助老年人以及下肢癱瘓者進行行走，提高他們自主生活的能力；第二類為單兵作戰(zhàn)的士兵、科考人員等常人提供額外的力量，幫助他們在工作時能夠減少大量的體能消耗，提高工作效率。外骨骼機器人的研究融合了人機工程學、機器人學、機構(gòu)學、仿生學、傳感技術(shù)、信號處理、控制等相關(guān)學科，突出人機結(jié)合、優(yōu)勢互補。
　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，交

2、通運輸工具在不斷地增多，造成的交通事故也在不斷增長。因交通事故造成神經(jīng)損傷、肢體損傷的人數(shù)也在不斷地上漲。同時，隨著醫(yī)學的發(fā)展、生活質(zhì)量的提高以及出生率的逐漸降低，老齡人口也在逐年增加。下肢癱瘓者和行走不便的老年人對能夠?qū)崿F(xiàn)正常行走、提高自主生活能力的需求在逐漸增強。針對這樣的要求，對能夠輔助老年人和下肢癱瘓者行走的外骨骼助行機器人進行了研究。本課題是在國家自然科學基金“面向外骨骼助行機器人的柔順人機連接原理及實現(xiàn)方法研究”的資助下具體

3、展開的，其主要的研究內(nèi)容包含以下幾部分：
　　(1)外骨骼助行機器人的構(gòu)型設(shè)計與運動學分析：在對人體行走時下肢生物骨骼模型分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合各關(guān)節(jié)自由度的配置和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的范圍設(shè)計了一種8自由度的外骨骼助行機器人的機械結(jié)構(gòu)并進行加工裝配。接著對其進行運動學建模，建立關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和重心軌跡的關(guān)系以及絲母位移和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的數(shù)學關(guān)系，給后續(xù)的步態(tài)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。
　　(2)步態(tài)規(guī)劃：在重心投影法的理論基礎(chǔ)上，基于重心軌跡對下肢外骨骼助行機器

4、人的行走運動進行步態(tài)規(guī)劃，使其實現(xiàn)靜穩(wěn)定行走。此外，提出了機器人行走時穩(wěn)定程度的評價指標，即穩(wěn)定裕度，結(jié)合步態(tài)規(guī)劃的方法建立穩(wěn)定裕度的計算方法。并通過 MATLAB進行了仿真驗證，對比理論求得與規(guī)劃的重心軌跡和穩(wěn)定裕度，通過步態(tài)參數(shù)的修改，使得理論求得的穩(wěn)定裕度足夠大，從而滿足機器人能夠靜穩(wěn)定行走。
　　(3)實驗驗證：為了驗證步態(tài)規(guī)劃的正確性以及機器人靜穩(wěn)定行走的穩(wěn)定性，進行了相關(guān)的實驗研究。首先搭建整個實驗平臺的硬件系統(tǒng)和軟件