在我國(guó),人口老齡化的趨勢(shì)在增加,患者存活率的提高也導(dǎo)致殘疾率相應(yīng)增加。然而,相應(yīng)的康復(fù)治療資源卻非常有限,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)一線城市的醫(yī)療資源只能滿足20%的急性康復(fù)需求,80%的康復(fù)需要回到社區(qū)。下肢外骨骼作為一種形如人體且可穿戴的輔助機(jī)器人系統(tǒng),可以提高正常人的承載能力,擴(kuò)展殘疾人運(yùn)動(dòng)能力。該系統(tǒng)包括許多領(lǐng)域的尖端技術(shù),如傳感控制、人機(jī)交互和機(jī)械工程。如今,市場(chǎng)上的仿生腿主要用于人體假肢領(lǐng)域并且大多是被動(dòng)的。因此在借鑒前人工作成果的基礎(chǔ)上,本文研制開發(fā)一種混合驅(qū)動(dòng)的下肢外骨骼機(jī)器人,并進(jìn)行如下內(nèi)容的研究:首先,確定了外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的整體方案。在結(jié)構(gòu)上,設(shè)計(jì)一款基于直流無(wú)刷電機(jī)+電動(dòng)推桿混合驅(qū)動(dòng)的下肢外骨骼機(jī)器人,并針對(duì)真實(shí)人體行走時(shí)兩腿各關(guān)節(jié)扭矩值的大小和實(shí)際的關(guān)節(jié)尺寸大小,對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成相關(guān)的選型計(jì)算,同時(shí),引入腰寬自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),使外骨骼機(jī)器人適合體型不一的人群。在傳感系統(tǒng)的選擇上,選擇人機(jī)接觸力傳感系統(tǒng)作為外骨骼控制系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)信息和判斷運(yùn)動(dòng)意圖的主要信息來(lái)源,并根據(jù)人機(jī)交互的特點(diǎn),完成控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。然后,以設(shè)計(jì)的下肢外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),按照D-H方法和MATLAB...

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題的背景與意義
    1.2 外骨骼機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 外骨骼機(jī)器人國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 外骨骼機(jī)器人國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 外骨骼機(jī)器人研究領(lǐng)域存在的主要問(wèn)題
    1.4 本文研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容
        1.4.1 本文研究目標(biāo)
        1.4.2 本文研究?jī)?nèi)容
第2章 外骨骼機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)
    2.1 外骨骼機(jī)器人的特征
    2.2 外骨骼機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)
    2.3 外骨骼機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    2.4 外骨骼機(jī)器人控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
        2.4.1 現(xiàn)有傳感系統(tǒng)分析
        2.4.2 現(xiàn)有控制策略分析
        2.4.3 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 外骨骼機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析
    3.1 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        3.1.1 髖、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.1.2 踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)
        3.2.1 腰部和背部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.2.2 大腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.2.3 小腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.3 下肢外骨骼機(jī)器人的有限元仿真
        3.3.1 下肢外骨骼機(jī)器人靜力學(xué)分析
        3.3.2 下肢外骨骼機(jī)器人模態(tài)分析
        3.3.3 下肢外骨骼機(jī)器人瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 外骨骼機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)建模
    4.1 外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及仿真
        4.1.1 D-H法運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立
        4.1.2 基于MATLAB的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真驗(yàn)證
    4.2 基于空間算子代數(shù)的動(dòng)力學(xué)分析
        4.2.1 SOA坐標(biāo)系的建立與參數(shù)說(shuō)明
        4.2.2 擺動(dòng)相動(dòng)力學(xué)建模
    4.3 基于ADAMS的外骨骼行走過(guò)程仿真
    4.4 本章小結(jié)
第5章 外骨骼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.1 關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模
    5.2 模糊PID控制算法的設(shè)計(jì)
        5.2.1 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.2 輸入輸出的模糊化處理
        5.2.3 控制規(guī)則和邏輯判斷
        5.2.4 解模糊化
    5.3 關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的控制仿真
    5.4 基于ADAMS和 MATLAB的虛擬樣機(jī)聯(lián)合仿真
    5.5 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
        5.5.1 控制系統(tǒng)硬件選型
        5.5.2 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
    5.6 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        5.6.1 軟件系統(tǒng)的流程圖
    5.7 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    工作總結(jié)
    后續(xù)展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果
致謝



本文編號(hào)：3960476