下肢外骨骼機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及虛擬樣機(jī)實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，下肢外骨骼機(jī)器人作為一種典型的人機(jī)一體化的助力裝置。在生物醫(yī)學(xué)、軍事和民用領(lǐng)域等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，有很大的實(shí)用和研究?jī)r(jià)值。它是一種可以讓人直接穿戴的機(jī)械裝置，將人的智能和機(jī)器人的“體力”結(jié)合到一起。利用下肢外骨骼可以為穿戴者提供保護(hù)、行走和負(fù)重等功能。它涉及到眾多學(xué)科，是多種高新科技術(shù)的集成。
　　本文在闡述了下肢外骨骼機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀后，將系統(tǒng)分為四個(gè)部分分析，論述了控制系統(tǒng)，感知系統(tǒng)、和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。選

2、擇了電機(jī)作為髖關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，MR阻尼器作為膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，把腳底壓力信號(hào)和關(guān)節(jié)角度作為感知信息。根據(jù)人體行走的規(guī)律，設(shè)計(jì)下肢外骨骼的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并分析了每個(gè)關(guān)節(jié)的特點(diǎn)，對(duì)它的自由度進(jìn)行配置以及確定驅(qū)動(dòng)的安裝位置。下肢外骨骼機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須能跟蹤人體運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)械裝置的尺寸有較高的要求。以髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的位置跟蹤為目標(biāo)函數(shù)，用Powell算法對(duì)機(jī)械尺寸優(yōu)化。對(duì)阻尼器建立數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。
　　在論述了設(shè)計(jì)的

3、下肢外骨骼機(jī)構(gòu)后，建立了下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，消解了膝關(guān)節(jié)存在的關(guān)節(jié)耦合。然后用拉格朗日方法對(duì)擺動(dòng)相和支撐相建立動(dòng)力學(xué)方程。考慮到下肢外骨骼控制的復(fù)雜性，本文采用Solidworks和Adams建立了虛擬樣機(jī)。在Solidworks里建立了下肢外骨骼機(jī)器人三維簡(jiǎn)化模型，將模型導(dǎo)入Adams里形成虛擬樣機(jī)。在虛擬環(huán)境中，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，可以驗(yàn)證模型和步態(tài)軌跡的合理性。用運(yùn)動(dòng)相似性定義可以驗(yàn)證虛擬樣機(jī)和人體下肢的運(yùn)動(dòng)具有一致性。