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液驅(qū)下肢外骨骼M-G模態(tài)空間解耦控制研究

發(fā)布時間:2021-04-25 23:04
  隨著社會的進步、科技的發(fā)展,外骨骼作為一種結(jié)合機械動力和人類智能的新興機器人,在軍事、救災、醫(yī)療等領(lǐng)域的應用越來越廣泛。其中,通過下肢外骨骼幫助因神經(jīng)損傷等原因?qū)е掳c瘓的患者進行站立或行走,輔助患者沿著指定步態(tài)軌跡進行康復訓練已成為醫(yī)療領(lǐng)域的迫切需求。然而,外骨骼的機械機構(gòu)導致其具有復雜的非線性動力學模型,并且各關(guān)節(jié)間存在動力耦合,難以實現(xiàn)各關(guān)節(jié)通道的獨立控制,嚴重降低了下肢外骨骼的軌跡跟蹤性能。因此,本文提出一種新穎的解耦控制結(jié)構(gòu)——基于質(zhì)量和重力的(M-G)模態(tài)空間滑模解耦控制,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)節(jié)解耦還能夠減小滑模控制器的抖振。本文主要對液驅(qū)下肢外骨骼的解耦控制策略開展研究,主要研究內(nèi)容如下:1.分析人體下肢結(jié)構(gòu)及運動特性,探明下肢結(jié)構(gòu)參數(shù)和關(guān)節(jié)運動范圍,進而確定下肢外骨骼關(guān)節(jié)自由度和運動范圍,完成外骨骼本體結(jié)構(gòu)設計方案。2.基于機構(gòu)連桿幾何關(guān)系建立外骨骼運動學模型;基于拉格朗日方程建立外骨骼動力學模型;基于電液伺服理論建立閥控非對稱缸模型;并基于此建立液驅(qū)下肢外骨骼系統(tǒng)的整體模型,為模態(tài)理論研究提供理論基礎。3.建立振動力學方程,分析外骨骼動力耦合本質(zhì)特性,構(gòu)建外骨骼系統(tǒng)的M-G模... 

【文章來源】:燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】:84 頁

【學位級別】:碩士

【文章目錄】:
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及背景和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題背景及意義
    1.2 外骨骼研究現(xiàn)狀
        1.2.1 外骨骼國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 外骨骼國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 外骨骼解耦策略研究現(xiàn)狀
    1.4 外骨骼控制策略研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 人體下肢運動分析及外骨骼機構(gòu)方案
    2.1 引言
    2.2 人體下肢運動分析
        2.2.1 人體運動參考系
        2.2.2 人體下肢關(guān)節(jié)特征分析
        2.2.3 人體運動特征分析
    2.3 下肢外骨骼機構(gòu)方案
        2.3.1 下肢外骨骼關(guān)節(jié)自由度配置
        2.3.2 下肢外骨骼驅(qū)動方式對比分析
        2.3.3 下肢外骨骼本體機械結(jié)構(gòu)方案
    2.4 本章小結(jié)
第3章 下肢外骨骼運動學與動力學建模
    3.1 引言
    3.2 下肢外骨骼運動學建模
    3.3 下肢外骨骼關(guān)節(jié)空間動力學建模
    3.4 下肢外骨骼驅(qū)動器空間動力學建模
    3.5 下肢外骨骼液壓驅(qū)動系統(tǒng)建模
        3.5.1 液壓缸固有頻率分析
        3.5.2 電液伺服閥流量方程建立
        3.5.3 非對稱液壓缸流量方程建立
        3.5.4 非對稱液壓缸力平衡方程建立
    3.6 本章小結(jié)
第4章 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)模態(tài)理論研究
    4.1 引言
    4.2 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)動力耦合分析
    4.3 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)M-G模態(tài)空間理論分析
        4.3.1 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)M-G模態(tài)空間建立
        4.3.2 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)M-G模態(tài)空間映射關(guān)系分析
        4.3.3 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)M-G模態(tài)通道解耦特性分析
        4.3.4 液驅(qū)外骨骼系統(tǒng)物理空間解耦條件分析
        4.3.5 液驅(qū)外骨骼模態(tài)通道與物理通道性能關(guān)系分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 液驅(qū)外骨骼模態(tài)控制策略研究
    5.1 引言
    5.2 M-G模態(tài)滑?刂破髟O計
        5.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理
        5.2.2 M-G模態(tài)滑?刂破髟O計
        5.2.3 M-G模態(tài)滑模穩(wěn)定性分析
    5.3 本章小結(jié)
第6章 下肢外骨骼M-G模態(tài)解耦控制實驗驗證研究
    6.1 引言
    6.2 下肢外骨骼控制系統(tǒng)方案
    6.3 下肢外骨骼實驗研究
        6.3.1 物理空間動力耦合特性驗證
        6.3.2 M-G模態(tài)通道解耦特性驗證
        6.3.3 M-G模態(tài)空間控制解耦條件驗證
        6.3.4 模態(tài)通道與物理通道性能關(guān)系驗證
        6.3.5 M-G模態(tài)滑模控制有效性驗證
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果
致謝


【參考文獻】:
期刊論文
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碩士論文
[1]液驅(qū)并聯(lián)機構(gòu)多維力加載系統(tǒng)模態(tài)解耦控制研究[D]. 王志鵬.燕山大學 2019
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[3]腦卒中偏癱上肢康復外骨骼機器人的基礎理論研究[D]. 梁康貴.哈爾濱工業(yè)大學 2016
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[6]助力外骨骼下肢控制技術(shù)研究[D]. 潘忠強.浙江大學 2015
[7]面向緊急救援的可穿戴式下肢外骨骼設計研究[D]. 吳佳.浙江大學 2014
[8]偏癱患者輔助行走下肢康復外骨骼系統(tǒng)開發(fā)研究[D]. 吳海杰.浙江大學 2014
[9]下肢外骨骼康復機器人的機構(gòu)設計與分析[D]. 張倩.電子科技大學 2013
[10]可穿戴下肢助力機器人動力學建模及其控制研究[D]. 方郁.中國科學技術(shù)大學 2009



本文編號:3160250

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