當(dāng)前外骨骼助力設(shè)備研究蓬勃發(fā)展,在解決老年人行動(dòng)困難、輔助高強(qiáng)度勞動(dòng)與增強(qiáng)軍事單兵作戰(zhàn)方面具有廣闊運(yùn)用前景。通常在外骨骼上使用電機(jī)直驅(qū)或串聯(lián)彈簧執(zhí)行器形式對(duì)人體進(jìn)行助力,由于人體關(guān)節(jié)具有動(dòng)態(tài)剛度特性,助力時(shí)容易產(chǎn)生沖擊頓挫與擾亂正常運(yùn)動(dòng)的情況。這不僅給外骨骼控制設(shè)計(jì)帶來(lái)嚴(yán)苛要求,也使得難以提升助力等級(jí)。此時(shí)需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)探索外部助力執(zhí)行器與人體關(guān)節(jié)剛度匹配問(wèn)題。變剛度執(zhí)行器（VSA）作為物理變剛度機(jī)構(gòu),具有動(dòng)態(tài)剛度調(diào)節(jié)、剛度控制帶寬高等特點(diǎn),契合剛度匹配實(shí)驗(yàn)。因此本文設(shè)計(jì)了一款基于板簧的小型變剛度執(zhí)行器,結(jié)合控制系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別人體行走相位狀態(tài),動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行器內(nèi)部剛度的同時(shí)對(duì)人體進(jìn)行助力,可有效對(duì)人體不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行剛度匹配實(shí)驗(yàn)。依據(jù)人體下肢運(yùn)動(dòng)參數(shù),本文首先提出變剛度實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求,輸出力矩與變剛度動(dòng)態(tài)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。隨后基于四連桿機(jī)構(gòu)端點(diǎn)具有二自由度的運(yùn)動(dòng)特性,使用板簧作為彈性元件,確立變剛度機(jī)械原理并完成機(jī)構(gòu)詳細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì),建立并分析相應(yīng)理論動(dòng)力學(xué)模型。此后本文使用Abaqus提取板簧模態(tài)并生成柔性體模型中性文件導(dǎo)入Adams中,對(duì)變剛度機(jī)構(gòu)進(jìn)行力矩-剛度單向加載實(shí)驗(yàn)與往復(fù)加載實(shí)驗(yàn)。分... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 課題來(lái)源及研究的背景和意義
    1.1 課題來(lái)源
    1.2 研究背景和意義
    1.3 研究現(xiàn)狀及分析
        1.3.1 硬件設(shè)計(jì)
        1.3.2 控制設(shè)計(jì)
        1.3.3 文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 變剛度執(zhí)行器設(shè)計(jì)與模型建立
    2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    2.2 剛度定義與設(shè)計(jì)要求
    2.3 結(jié)構(gòu)原理及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.1 結(jié)構(gòu)原理
        2.3.2 主要參數(shù)設(shè)計(jì)
        2.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.4 動(dòng)力學(xué)模型推導(dǎo)與分析
        2.4.1 動(dòng)力學(xué)模型推導(dǎo)
        2.4.2 動(dòng)力學(xué)模型分析
        2.4.3 控制規(guī)劃
    2.5 仿真模型建立與剛度修正
        2.5.1 仿真模型建立
        2.5.2 剛度測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        2.5.3 剛度修正與工作區(qū)間
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于CPG人體運(yùn)動(dòng)相位識(shí)別算法
    3.1 CPG識(shí)別算法收斂原理
    3.2 CPG算法收斂性分析
        3.2.1 擾動(dòng)理論說(shuō)明
        3.2.2 同頻率相位收斂證明
        3.2.3 頻率收斂推導(dǎo)
        3.2.4 頻率收斂性質(zhì)
    3.3 相位識(shí)別算法構(gòu)建與仿真測(cè)試
        3.3.1 算法構(gòu)建
        3.3.2 仿真測(cè)試
    3.4 本章小結(jié)
第4章 變剛度執(zhí)行器底層控制
    4.1 前置機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì)
        4.1.1 控制設(shè)計(jì)
        4.1.2 參數(shù)配置
        4.1.3 仿真測(cè)試
    4.2 彈性輸出架模型預(yù)測(cè)控制
        4.2.1 人機(jī)接觸模型處理
        4.2.2 線性化與離散化
        4.2.3 輸出預(yù)測(cè)
        4.2.4 目標(biāo)函數(shù)及二次規(guī)劃建立
        4.2.5 控制參數(shù)設(shè)定
        4.2.6 仿真測(cè)試
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)中人體下肢關(guān)節(jié)力矩動(dòng)態(tài)解算[J]. 郭偉,楊叢為,鄧靜,查富生.  機(jī)械與電子. 2015(10)



本文編號(hào)：3204279