目前,下肢損傷患者對康復(fù)外骨骼的需求日益增加,但市場上的下肢康復(fù)外骨骼售價高昂,且存在自重大、柔順性不佳等缺點,難以滿足康復(fù)人群的需求。針對上述現(xiàn)狀,在對人體下肢功能研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一套用于下肢單側(cè)康復(fù)的柔性外骨骼系統(tǒng)。該外骨骼通過帶有氣囊的固定器與使用者的腰部、大腿和小腿結(jié)合,采用拮抗布置的氣動人工肌肉進行驅(qū)動,通過連接件和固定器將人工肌肉收縮產(chǎn)生的拉力作用到人體下肢,從而轉(zhuǎn)化為輔助關(guān)節(jié)運動的力矩,可以對具有一定步行能力的患者的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的屈伸運動進行助力。通過實驗的方式對雙根并聯(lián)氣動人工肌肉的靜態(tài)特性與動態(tài)特性進行了研究。對靜態(tài)特性的分析著重于對其等壓特性和等張?zhí)匦缘姆治?對動態(tài)特性的分析則從系統(tǒng)硬件配置和控制算法兩方面出發(fā),研究驅(qū)動氣壓、負載、電磁閥配置方式對人工肌肉動態(tài)特性的影響,并研究了傳統(tǒng)PID算法和模糊自適應(yīng)PID算法對階躍信號和正弦信號的響應(yīng)情況,為人工肌肉在外骨骼中的應(yīng)用提供依據(jù)。通過運動學(xué)分析,建立了各組人工肌肉的長度、助力力臂和各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的運動學(xué)模型,通過基于拉格朗日動力學(xué)方法的分析,可得到下肢髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩模型。在運動學(xué)模型和動力學(xué)模型的基... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外下肢外骨骼研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文研究內(nèi)容
第二章 下肢康復(fù)外骨骼結(jié)構(gòu)研究
    2.1 人體下肢分析
        2.1.1 下肢功能解剖學(xué)分析
        2.1.2 下肢步行運動分析
    2.2 下肢康復(fù)外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.1 外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
        2.2.2 康復(fù)自由度分配
        2.2.3 外骨骼總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.4 人工肌肉交叉布置方案選擇
        2.2.5 外骨骼的可調(diào)節(jié)性
    2.3 固定器受力分析
    2.4 部件強度校核
    2.5 本章小結(jié)
第三章 氣動人工肌肉系統(tǒng)特性研究
    3.1 人工肌肉實驗系統(tǒng)設(shè)計
        3.1.1 McKibben型氣動人工肌肉
        3.1.2 實驗平臺設(shè)計
    3.2 人工肌肉靜態(tài)特性研究
        3.2.1 等壓特性
        3.2.2 等張?zhí)匦?br>    3.3 人工肌肉動態(tài)特性研究
        3.3.1 系統(tǒng)硬件配置對動態(tài)特性的影響
        3.3.2 控制算法對動態(tài)特性的影響
    3.4 本章小結(jié)
第四章 下肢康復(fù)外骨骼運動學(xué)與動力學(xué)分析
    4.1 下肢康復(fù)外骨骼運動學(xué)建模
    4.2 下肢康復(fù)外骨骼動力學(xué)建模
        4.2.1 拉格朗日方程
        4.2.2 外骨骼動力學(xué)模型建立
    4.3 人工肌肉連接點位置布置
        4.3.1 髖關(guān)節(jié)前后側(cè)人工肌肉的布置
        4.3.2 膝關(guān)節(jié)前后側(cè)人工肌肉的布置
    4.4 膝關(guān)節(jié)后側(cè)人工肌肉分離型布置方案分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 下肢康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)的設(shè)計
    5.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
        5.2.1 姿態(tài)測量模塊設(shè)計
        5.2.2 足底力測量模塊設(shè)計
        5.2.3 肌電采集模塊設(shè)計
        5.2.4 氣動閥的選擇
        5.2.5 傳感器的選擇
        5.2.6 主控板設(shè)計
    5.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
        5.3.1 下位機軟件設(shè)計
        5.3.2 上位機軟件設(shè)計
    5.4 系統(tǒng)控制策略設(shè)計
        5.4.1 PID算法的介紹
        5.4.2 控制策略的設(shè)計
        5.4.3 模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計
    5.5 本章小結(jié)
第六章 下肢康復(fù)外骨骼實驗研究
    6.1 樣機測試平臺搭建
    6.2 姿態(tài)測量節(jié)點測試
    6.3 外骨骼助力效果測試
    6.4 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 研究工作總結(jié)
    7.2 未來工作展望
致謝
參考文獻
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]傅利葉智能開創(chuàng)外骨骼機器人新時代 中國自主研發(fā)出有“觸覺”的機器人[J]. 程子彥.  中國經(jīng)濟周刊. 2017(14)
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博士論文
[1]基于氣動肌肉仿人下肢控制系統(tǒng)研究[D]. 姜飛龍.浙江大學(xué) 2017
[2]基于氣動肌肉外骨骼和功能性電刺激的肢體康復(fù)技術(shù)研究[D]. 涂細凱.華中科技大學(xué) 2016
[3]下肢外骨骼的動力學(xué)分析與運動規(guī)劃[D]. 賈山.東南大學(xué) 2016
[4]基于肌電信號的人體下肢運動信息獲取技術(shù)研究[D]. 吳劍鋒.浙江大學(xué) 2008

碩士論文
[1]氣動肌肉驅(qū)動的外骨骼助力系統(tǒng)研究[D]. 李超.浙江大學(xué) 2016
[2]下肢外骨骼康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制方法研究[D]. 周海濤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]兩種人體下肢姿態(tài)檢測技術(shù)及其比較研究[D]. 鐘波.華中科技大學(xué) 2016
[4]可穿戴下肢外骨骼康復(fù)機器人機械設(shè)計與研究[D]. 王強.電子科技大學(xué) 2014
[5]McKibben氣動人工肌肉的靜動態(tài)特性及控制策略研究[D]. 劉明春.蘭州理工大學(xué) 2009
[6]穿戴式下肢康復(fù)機器人的研究[D]. 趙豫玉.哈爾濱工程大學(xué) 2009



本文編號：3270134