發(fā)布時間：2021-10-21 02:41

　　外骨骼可以提升人們的肢體力量,幫助穿戴者更輕松地完成需要耗費(fèi)大量體力的工作,還可以為肢體殘障者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練,具有巨大的軍事、工農(nóng)業(yè)和醫(yī)療價值,已成為世界各國研究的熱點(diǎn)。外骨骼動力學(xué)系統(tǒng)具有高度非線性、強(qiáng)耦合、不確定等特點(diǎn),而且對穿戴過程中的安全性和舒適性具有很高的要求,這使得控制系統(tǒng)的設(shè)計變得十分復(fù)雜。論文針對外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)非線性特性、不確定性、外界干擾、狀態(tài)不可測條件下的軌跡跟蹤控制問題展開研究,主要內(nèi)容如下:首先,將外骨骼看作串聯(lián)剛體,基于拉格朗日方法,建立由肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)組成的五自由度上肢外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的動力學(xué)模型,給出詳細(xì)的系統(tǒng)模型參數(shù)。分析模型各個部分的構(gòu)成、特點(diǎn)以及對系統(tǒng)的影響,并分析外骨骼系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合、不確定性、易受干擾影響等特性。其次,針對五自由度上肢外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)模型中的非線性不確定性,將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計和滑�？刂品椒ㄏ嘟Y(jié)合設(shè)計魯棒控制器。針對滑模方法處理不確定性易導(dǎo)致控制量嚴(yán)重抖振的不足,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計系統(tǒng)未知非線性函數(shù),將估計值補(bǔ)償?shù)娇刂破?減小滑�？刂圃鲆�,降低抖振。利用自適應(yīng)方法在線調(diào)整RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值,自適應(yīng)率由李雅普諾夫方... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學(xué)天津市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Hardiman外骨骼

河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-二十世紀(jì)的后二十余年間，仿生學(xué)、新型傳感器、計算機(jī)技術(shù)、控制理論等不斷發(fā)展，外骨骼機(jī)器人的研究也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2004年初，美國伯克利大學(xué)推出一款新型的助力外骨骼系統(tǒng)——BLEEX。BLEEX外骨骼重約50kg，它的傳感器系統(tǒng)包括一對加速度計（測量角加速度）、一個測斜儀（測量相對于重力矢量的方向）。為了減少傳感系統(tǒng)的復(fù)雜度，設(shè)計者在BLEEX上應(yīng)用了靈敏度放大控制算法。在執(zhí)行器方面，采用六個雙作用液壓缸來驅(qū)動BLEEX的踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)在矢狀面上的運(yùn)動。獨(dú)立電源的攜帶和使用使BLEEX成為世界上第一個自主供電的外骨骼系統(tǒng)。作為最著名的外骨骼之一，BLEEX的設(shè)計初衷是為了幫助士兵的負(fù)重行走。穿戴者可以背負(fù)重物完成下蹲、腿部彎曲、左右擺動、軀干扭曲、走上斜坡和穿越障礙物等動作，在跑步機(jī)上以1.3米/秒的速度前進(jìn)[8]。圖1.1Hardiman外骨骼圖1.2BLEEX助力外骨骼機(jī)器人2008年，在美國國防部高級研究計劃署資助下，Raytheon公司耗費(fèi)7年時間研制出X0S-I，并于2010年推出其改進(jìn)版本X0S-II[9]，如圖1.3。XOS-II是一種全身式異構(gòu)型外骨骼，其控制理念是根據(jù)安裝在肢體上的多種傳感器檢測出的運(yùn)動信息來判斷穿戴者的下一步動作，然后采用高壓液壓驅(qū)動器驅(qū)動外骨骼輸出相應(yīng)的助力與速度，做出與人體同步的運(yùn)動，為人體提供助力。XOS-II穿戴者只需使用舉起大約9kg物體的力就能輕而易舉地舉起90.7kg的重物，并能單手擊穿76mm厚的木板。但目前XOS-II仍存在重大缺陷，樣機(jī)采用高壓液壓系統(tǒng)驅(qū)動使其驅(qū)動系統(tǒng)外置，需要拖著一根油管才能保證其正常工作，這就嚴(yán)重制約了XOSII實用化的發(fā)展。

基于滑模變結(jié)構(gòu)的五自由度上肢外骨骼軌跡跟蹤控制-4-圖1.3BLEEX外骨骼機(jī)器人作為可穿戴在人身上的動力輔助或康復(fù)輔助裝置，外骨骼應(yīng)該具有重量較輕、符合人體工程學(xué)設(shè)計、容易穿戴、能有效補(bǔ)償自身重力等特點(diǎn)。日本筑波大學(xué)YoshikuyiSankai團(tuán)隊研發(fā)的HAL(HybridAssistiveLimb)系列外骨骼機(jī)器人[10]是一套更具實際應(yīng)用價值的外骨骼系統(tǒng)，其最新版本HAL-5[11]是一種各關(guān)節(jié)都由直流電機(jī)驅(qū)動的全身外骨骼，自重只有約23kg，可以連續(xù)工作近3個小時。HAL-5集成了表面肌電信號(EMG)傳感器、陀螺儀、加速度計和足底壓力傳感器等多種類型的傳感器，能夠很好地檢測穿戴者的運(yùn)動趨勢。它不但能夠增強(qiáng)使用者的肢體力量，負(fù)載約70kg的重量，還能夠幫助肢體殘疾者或行動不便的人完成站立、行走、上下臺階、托起重物等日�；顒印D1.4HAL外骨骼機(jī)器人為了幫助喪失身體機(jī)能的老年人和肢體殘疾人進(jìn)行日�；顒樱n國技術(shù)教育大學(xué)開發(fā)了一種7自由度外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)[12]。人在日常生活中的許多活動主要靠肩部和


本文編號：3448081