當前外骨骼助力設備研究蓬勃發(fā)展,在解決老年人行動困難、輔助高強度勞動與增強軍事單兵作戰(zhàn)方面具有廣闊運用前景。通常在外骨骼上使用電機直驅(qū)或串聯(lián)彈簧執(zhí)行器形式對人體進行助力,由于人體關節(jié)具有動態(tài)剛度特性,助力時容易產(chǎn)生沖擊頓挫與擾亂正常運動的情況。這不僅給外骨骼控制設計帶來嚴苛要求,也使得難以提升助力等級。此時需要大量實驗數(shù)據(jù)來探索外部助力執(zhí)行器與人體關節(jié)剛度匹配問題。變剛度執(zhí)行器（VSA）作為物理變剛度機構,具有動態(tài)剛度調(diào)節(jié)、剛度控制帶寬高等特點,契合剛度匹配實驗。因此本文設計了一款基于板簧的小型變剛度執(zhí)行器,結合控制系統(tǒng)能自動識別人體行走相位狀態(tài),動態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行器內(nèi)部剛度的同時對人體進行助力,可有效對人體不同運動狀態(tài)下進行剛度匹配實驗。依據(jù)人體下肢運動參數(shù),本文首先提出變剛度實驗設計要求,輸出力矩與變剛度動態(tài)響應標準。隨后基于四連桿機構端點具有二自由度的運動特性,使用板簧作為彈性元件,確立變剛度機械原理并完成機構詳細機械設計,建立并分析相應理論動力學模型。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入Adams中,對變剛度機構進行力矩-剛度單向加載實驗與往復加載實驗。分... 

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

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 課題來源及研究的背景和意義
    1.1 課題來源
    1.2 研究背景和意義
    1.3 研究現(xiàn)狀及分析
        1.3.1 硬件設計
        1.3.2 控制設計
        1.3.3 文獻綜述的簡析
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 變剛度執(zhí)行器設計與模型建立
    2.1 實驗設計
    2.2 剛度定義與設計要求
    2.3 結構原理及機構設計
        2.3.1 結構原理
        2.3.2 主要參數(shù)設計
        2.3.3 結構設計
    2.4 動力學模型推導與分析
        2.4.1 動力學模型推導
        2.4.2 動力學模型分析
        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 剛度測試實驗
        2.5.3 剛度修正與工作區(qū)間
    2.6 本章小結
第3章 基于CPG人體運動相位識別算法
    3.1 CPG識別算法收斂原理
    3.2 CPG算法收斂性分析
        3.2.1 擾動理論說明
        3.2.2 同頻率相位收斂證明
        3.2.3 頻率收斂推導
        3.2.4 頻率收斂性質(zhì)
    3.3 相位識別算法構建與仿真測試
        3.3.1 算法構建
        3.3.2 仿真測試
    3.4 本章小結
第4章 變剛度執(zhí)行器底層控制
    4.1 前置機構控制設計
        4.1.1 控制設計
        4.1.2 參數(shù)配置
        4.1.3 仿真測試
    4.2 彈性輸出架模型預測控制
        4.2.1 人機接觸模型處理
        4.2.2 線性化與離散化
        4.2.3 輸出預測
        4.2.4 目標函數(shù)及二次規(guī)劃建立
        4.2.5 控制參數(shù)設定
        4.2.6 仿真測試
    4.3 本章小結
結論
參考文獻
致謝


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



本文編號：3204279