下肢外骨骼機器人電液伺服系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究.pdf

1、本文主要研究下肢外骨骼機器人電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真問題。下肢外骨骼機器人是一種可以穿戴在人體上，由人體控制的雙足機器人。它兼有人的智能和機器人的強大動力，因而未來將廣泛應(yīng)用于軍事、助殘、助老等領(lǐng)域。電液伺服系統(tǒng)具有精度高、響應(yīng)速度快、功率質(zhì)量比大等優(yōu)點，因而在外骨骼機器人驅(qū)動領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。電液伺服系統(tǒng)的性能特別是人體步態(tài)的跟隨性能對外骨骼機器人的性能具有決定性的影響，因此下肢外骨骼機器人電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計與性能研究就顯得

2、尤其重要，這也正是本文的研究重點。
　　首先本文在滿足人體尺寸和步態(tài)運動特征的基礎(chǔ)上利用三維軟件設(shè)計了外骨骼機器人的模型。通過步態(tài)分析和動力學(xué)分析確定了電液伺服系統(tǒng)的工況。提出了三種下肢外骨骼機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)原理方案并綜合考慮外骨骼機器人的實際要求和成本等因素，確定了電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計方案。然后分別對電液伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件液壓缸、伺服閥、液壓泵、溢流閥、油箱等進(jìn)行了設(shè)計或選型，得到了下肢外骨骼機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)的裝配圖。

3、>　　其次本文利用電液伺服閥和非對稱液壓缸的流量連續(xù)性方程、力平衡方程，推導(dǎo)出閥控缸動態(tài)數(shù)學(xué)模型;利用拉格朗日函數(shù)法和虛位移原理，建立了下肢外骨骼機器人各液壓缸的負(fù)載力計算模型;通過穩(wěn)定邊界參數(shù)整定方法設(shè)計了下肢外骨骼機器人電液伺服系統(tǒng)PID控制器，并運用simulink仿真軟件對該閉環(huán)控制系統(tǒng)跟隨人體步態(tài)情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠達(dá)到下肢外骨骼機器人電液伺服系統(tǒng)相關(guān)要求。
　　最后本文利用Matlab/Simhyd