液壓驅(qū)動下肢外骨骼機(jī)器人擺動相控制系統(tǒng)研究.pdf

1、下肢外骨骼機(jī)器人的樣機(jī)在最近幾年不斷涌現(xiàn)，目前主要應(yīng)用在助力及康復(fù)訓(xùn)練等領(lǐng)域，其作為典型的人機(jī)交互型機(jī)器人，涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能和仿生學(xué)等多學(xué)科知識。液壓驅(qū)動下肢外骨骼機(jī)器人是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng)，因此如何實(shí)現(xiàn)與穿戴者進(jìn)行友好的人機(jī)交互，充分發(fā)揮穿戴者運(yùn)動的靈活性以及外骨骼設(shè)備的耐力將是一個(gè)系統(tǒng)研究的課題。
　　第一章通過廣泛的國內(nèi)外調(diào)研發(fā)現(xiàn)，闡述了課題研究的背景和意義。

2、　　第二章，首先借助于CAD輔助設(shè)計(jì)軟件、數(shù)值計(jì)算方法等工具實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化選擇，并使用SolidWorks軟件進(jìn)行了三維繪圖;其次設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，完成了液壓驅(qū)動下肢外骨骼平臺的搭建。
　　第三章，對擺動腿的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)建模，便于設(shè)計(jì)基于模型的上層控制器;通過建立單關(guān)節(jié)液壓缸的非線性模型，設(shè)計(jì)了三種底層力跟蹤控制器;針對傳統(tǒng)DLS方法在解決下肢外骨骼擺動腿雅可比矩陣奇異性問題時(shí)所引發(fā)的新問題，提出了三種改進(jìn)方法，并通過M

3、ATLAB進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　第四章，首次提出將獲取人體運(yùn)動意圖的方法分為兩層:第一層主要實(shí)現(xiàn)對步態(tài)的判別，因此設(shè)計(jì)了多傳感器鞋底;第二層實(shí)現(xiàn)對人體運(yùn)動意圖物理信息的獲取，在人機(jī)之間安裝多維力傳感器，并且引入導(dǎo)納模型作為推導(dǎo)人體運(yùn)動意圖的方法，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互力與人體運(yùn)動意圖物理信號的建模。最后，搭建了人機(jī)交互系統(tǒng)擺動相的控制系統(tǒng)，明確了上層控制算法與底層單關(guān)節(jié)液壓缸力跟蹤控制器的不同應(yīng)用點(diǎn)。
　　第五章，針對下肢外骨骼機(jī)器人

4、系統(tǒng)的非線性和系統(tǒng)中不確定因素的干擾，引入了滑模變結(jié)構(gòu)控制器。為了減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差，引入了積分滑模面。針對傳統(tǒng)的積分滑模面容易引起Windup效應(yīng)，出現(xiàn)超調(diào)或執(zhí)行器飽和，提出了兩種改進(jìn)方法。并且采用趨近律的以改善趨近運(yùn)動的動態(tài)品質(zhì)，最后通過MATLAB仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)性能。為了改善系統(tǒng)的平滑性，提高系統(tǒng)的魯棒性，引入模糊系統(tǒng)以逼近干擾力矩，避免了因隨意對于擾力進(jìn)行估值所造成的系統(tǒng)波動。
　　第六章，考慮到對于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，難