【摘要】：下肢外骨骼機器人是一種助力型可穿戴智能設備,能夠為人體提供承重、防護以及助力等功能。除此之外,還能通過規(guī)劃步態(tài),輔助下肢癱瘓、殘疾患者完成適當?shù)目祻陀柧�。鑒于下肢外骨骼其技術的復雜性,樣機處于試驗測試階段,還沒有形成商品化產(chǎn)品。本文針對下肢外骨骼電液伺服系統(tǒng)位置跟隨控制開展研究。由于下肢外骨骼電液伺服系統(tǒng)具有多變量、非線性以及復雜的數(shù)學模型和外在干擾量,增加了控制難度。常規(guī)的PID控制方法,需要確切的數(shù)學模型,而對下肢外骨骼建模分析時,或多或少做了一些簡化,其實際狀況與模型存在一定差異。模糊PID算法雖然優(yōu)化了 PID算法,但在優(yōu)化過程中,模糊化處理降低了控制系統(tǒng)的精度;滑模模糊PID控制有望克服其存在的不足。本文在安徽省科技攻關項目"可穿戴型下肢外骨骼助力機器人"(項目編號:1604a0902125)資助下,綜合研究下肢外骨骼的機械結構、動力學建模、運動模型、液壓驅(qū)動系統(tǒng)功能、電液伺服系統(tǒng)性能,分別采用PID和模糊PID控制方式和滑�？刂扑惴�,研究液壓伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能,確保下肢外骨骼的運動狀態(tài)與穿戴者的步態(tài)軌跡一致。主要內(nèi)容包括:1、在人體正常行走時,研究人體下肢各關節(jié)的結構、運動形式以及角度活動范圍,設計下肢外骨骼的機械結構。根據(jù)設計的機械結構,建立下肢外骨骼動力學和運動學模型,得到關節(jié)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩之間的數(shù)學關系。2、針對下肢外骨骼機器人響應速度快,質(zhì)量輕等特點,本文采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動下肢外骨骼,根據(jù)外骨骼的機械結構,完成液壓系統(tǒng)的設計以及各液壓元件的選型。推導出電液伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù),分析電液伺服系統(tǒng)輸出位置量與下肢外骨骼機械結構之間的幾何關系。3、根據(jù)外骨骼電液伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型,以各關節(jié)轉(zhuǎn)角為輸入信號,研究下肢外骨骼跟隨人體步態(tài)軌跡效果,綜合利用PID算法、模糊PID算法、滑模模糊PID算法,分別在Simulink軟件中建立控制系統(tǒng)模型,進行仿真,驗證控制方法的合理性,并通過分析仿真結果,選擇滑模模糊PID算法控制下肢外骨骼。本文主要創(chuàng)新之處是在PID算法以及模糊控制基礎上,結合滑�？刂�,設計出滑模模糊PID控制器,并與常規(guī)PID算法、模糊PID算法控制效果對比,有效地提高了下肢外骨骼位置控制精度,為下肢外骨骼繼續(xù)深入研究提供參考。
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【學位授予單位】：安徽工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2454706