輕型的、具有良好舒適性的傷后穿戴式康復(fù)外骨骼,需要采用新型的傳動(dòng)方式以及輕軟的人機(jī)結(jié)合形態(tài)。本課題采用套索人工肌肉傳動(dòng)方式,搭建了穿戴式康復(fù)訓(xùn)練控制平臺,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制算法,輔助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。本文首先介紹了套索人工肌肉驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼結(jié)構(gòu)本體,結(jié)合套索人工肌肉傳動(dòng)模型,分析了各參數(shù)的變化趨勢,結(jié)合拉格朗日法建立了外骨骼機(jī)器人和人機(jī)耦合動(dòng)力學(xué)模型,結(jié)合庫倫粘滯模型,提出了系統(tǒng)摩擦模型,并且通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)辨識。隨后,搭建了套索人工肌肉驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼的軟硬件平臺。根據(jù)下肢外骨骼的系統(tǒng)需求,完成了控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制。其次,分析了患者在康復(fù)訓(xùn)練初期的臨床表現(xiàn)及訓(xùn)練要求,設(shè)計(jì)了模糊PD控制算法,為了進(jìn)一步改善控制效果,本文根據(jù)人機(jī)耦合動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了滑模控制器,利用Lyapunov函數(shù)證明了該滑�？刂破鞯姆�(wěn)定性。分析了患者在康復(fù)訓(xùn)練中期的臨床表現(xiàn)及訓(xùn)練要求,設(shè)計(jì)了導(dǎo)納控制算法進(jìn)行主動(dòng)訓(xùn)練。最后,通過檢測足底力和肌肉力,判斷人體運(yùn)動(dòng)意圖,并且進(jìn)行了獨(dú)立PD控制、模糊PD控制和滑模控制實(shí)驗(yàn)對比,證明了所設(shè)計(jì)的滑�？刂破鞯膬�(yōu)越性和有效性,進(jìn)而完成外骨骼下肢穿戴實(shí)...

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖 1-2 套索人工肌肉模型

其具有傳遞力大、路徑靈活細(xì)小等優(yōu)點(diǎn)。“套索人工肌肉”是利用套索的細(xì)長柔軟的傳動(dòng)特性、按Hill肌肉模型，如圖1-1，增加新的傳動(dòng)單元、模擬肌肉運(yùn)動(dòng)特性所構(gòu)建的新型人工肌肉，如圖1-2所示。Hill肌肉模型的人工肌肉結(jié)構(gòu)體制，由收縮元（CU）、串聯(lián)彈性元（SEU）、并聯(lián)....

圖1-3氣動(dòng)人工肌肉國內(nèi)外主要應(yīng)用

第一章緒論肉進(jìn)行移動(dòng)；圖1-3（c）哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的類豹機(jī)械腿[5,6]；外，華中科技大學(xué)[7-10]、浙江大學(xué)[11-16]等國內(nèi)高校均對PMA陸續(xù)展開研究。

圖1-4國外用于下肢康復(fù)訓(xùn)練穿戴外骨骼機(jī)器人

伸自由度以及膝關(guān)節(jié)屈曲伸展自由度，其傳感模塊包括了角度傳感器，加速度傳感器和傾角儀等，其控制系統(tǒng)采用從主控制方式，其中主控制器采用有限狀態(tài)機(jī)來切換運(yùn)動(dòng)模式，通過檢測穿戴者的重心變化來判斷人體運(yùn)動(dòng)意圖，從控制器采用關(guān)節(jié)軌跡跟蹤控制算法。Indego外骨骼研發(fā)了一款配備的APP....

圖1-5國內(nèi)可用于下肢康復(fù)訓(xùn)練穿戴外骨骼機(jī)器人

節(jié)角度傳感器、足底力傳感器、人機(jī)交互力傳感器。控制算法采用分層控制遞階控制想，決策控制層通過足底力傳感器解算零力矩點(diǎn)（ZMP），關(guān)節(jié)角度傳感器解算外骨位姿，通過融合算法來判斷人體運(yùn)動(dòng)意圖，進(jìn)而解算出相對應(yīng)的控制指令發(fā)送給關(guān)節(jié)行層，關(guān)節(jié)執(zhí)行層采用模糊滑模控制器，主控制器為模糊控制器....

本文編號：4038231