截止2019年,我國下肢運動功能障礙患者人數(shù)超過8500萬。目前,有些患者通過下肢外骨骼機器人進行行走康復(fù)訓(xùn)練,而現(xiàn)有下肢外骨骼機器人存在行走穩(wěn)定性差的問題,所以大多需要與拐杖配合使用,使用拐杖又會給下肢運動障礙患者造成行動上的不便和心理上的不良影響。為了患者能在下肢外骨骼機器人的輔助下擺脫拐杖,進行自由行走的康復(fù)訓(xùn)練,本論文對下肢外骨骼機器人的行走穩(wěn)定性問題,通過運動學(xué)與動力學(xué)模型的建立、行走穩(wěn)定性的分析、穩(wěn)定性控制算法的設(shè)計及其實驗驗證進行了研究。主要研究內(nèi)容如下:（1）建立下肢外骨骼機器人運動學(xué)與動力學(xué)模型�；贒-H法構(gòu)建下肢外骨骼機器人正運動學(xué)模型,以求解擺動腿末端軌跡曲線。提出了Jacobian的下肢外骨骼機器人逆運動學(xué)模型構(gòu)建方法,該方法的優(yōu)點是能夠快速獲取各個關(guān)節(jié)角度軌跡,實時性更強�；贚agrangian法建立下肢外骨骼機器人動力學(xué)模型,以求出各個關(guān)節(jié)角度和力矩之間的關(guān)系,為行走穩(wěn)定性控制提供理論基礎(chǔ)。通過Open Sim軟件仿真,驗證了基于Jacobian法逆運動學(xué)模型的準確性。對動力學(xué)建模,仿真出髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)力矩變化曲線。（2）依據(jù)ZMP理論,提出了一種基于腳... 

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景與研究意義
    1.2 下肢外骨骼機器人研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
    1.3 下肢外骨骼機器人關(guān)鍵問題
    1.4 本文研究內(nèi)容及章節(jié)安排
    1.5 本文創(chuàng)新點
第2章 下肢外骨骼機器人的運動學(xué)與動力學(xué)建模
    2.1 引言
    2.2 下肢外骨骼機器人的運動學(xué)分析
        2.2.1 運動學(xué)概述
        2.2.2 位姿描述
        2.2.3 坐標的齊次變換
        2.2.4 下肢外骨骼機器人各部分定義
        2.2.5 D-H方法
    2.3 下肢外骨骼機器人運動學(xué)模型
        2.3.1 基于D-H參數(shù)的下肢外骨骼機器人正運動學(xué)模型
        2.3.2 基于Jacobian矩陣的下肢外骨骼機器人逆運動學(xué)模型
        2.3.3 下肢外骨骼機器人逆運動學(xué)模型驗證仿真
    2.4 下肢外骨骼機器人動力學(xué)模型
        2.4.1 Lagrangian法簡介
        2.4.2 基于Lagrangian法的下肢外骨骼機器人動力學(xué)模型
        2.4.3 下肢外骨骼機器人動力學(xué)模型仿真
    2.5 本章小結(jié)
第3章 下肢外骨骼機器人的行走穩(wěn)定性分析
    3.1 引言
    3.2 行走穩(wěn)定性理論分析
        3.2.1 ZMP基礎(chǔ)理論分析
        3.2.2 ZMP坐標傳統(tǒng)獲取方法
        3.2.3 基于腳底壓力的ZMP實時坐標快速獲取法
        3.2.4 行走過程中腳底反作用力仿真
    3.3 基于ZMP的下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性分析
        3.3.1 下肢外骨骼機器人不同時刻行走狀態(tài)的定義
        3.3.2 下肢外骨骼機器人行走觸發(fā)條件
    3.4 下肢外骨骼機器人行走動作規(guī)劃
        3.4.1 下肢外骨骼機器人行走軌跡規(guī)劃
        3.4.2 下肢外骨骼機器人擺動腿末端軌跡規(guī)劃
        3.4.3 下肢外骨骼機器人行走規(guī)劃軌跡仿真
    3.5 本章小結(jié)
第4章 下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性控制
    4.1 引言
    4.2 下肢外骨骼機器人控制流程圖的分析
    4.3 雙腳觸地時的行走穩(wěn)定性控制策略的研究
        4.3.1 基于模糊PID的下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性控制
        4.3.2 模糊控制器的設(shè)計
        4.3.3 模糊PID行走穩(wěn)定性控制MATLAB仿真
        4.3.4 擾動下模糊PID行走穩(wěn)定性控制MATLAB仿真
    4.4 單腳觸地時的行走穩(wěn)定性控制策略的研究
        4.4.1 單腳觸地時的行走穩(wěn)定性控制策略
        4.4.2 基于滑模的下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性控制
        4.4.3 基于滑模的下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性控制仿真
        4.4.4 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模的下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性控制
        4.4.5 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模的下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性控制仿真
    4.5 本章小結(jié)
第5章 下肢外骨骼機器人實驗平臺搭建及實驗驗證
    5.1 引言
    5.2 下肢外骨骼機器人行走穩(wěn)定性采集系統(tǒng)設(shè)計概述
    5.3 數(shù)據(jù)采集與硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)
        5.3.1 硬件系統(tǒng)概述
        5.3.2 壓力數(shù)據(jù)采集
        5.3.3 角度數(shù)據(jù)的采集
    5.4 行走動作模塊
        5.4.1 行走模塊的實現(xiàn)
    5.5 實驗驗證
    5.6 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]下肢輔助步行外骨骼機器人步行模型研究[J]. 何昱夷,李培興,閆維新,趙言正.  控制工程. 2019(10)
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[3]基于關(guān)鍵點約束的下肢外骨骼機器人步態(tài)規(guī)劃[J]. 張彥斐,時兆義,宮金良.  機械設(shè)計與研究. 2019(02)
[4]基于SAE和LSTM的下肢外骨骼步態(tài)預(yù)測方法[J]. 陳超強,蔣磊,王恒.  計算機工程與應(yīng)用. 2019(12)
[5]人體動態(tài)行走中的人-機-環(huán)境共融研究[J]. 徐垠焮,喻洪流,曹武警,趙偉亮,喻貝貝,藍賀.  中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志. 2018 (11)
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[7]基于穩(wěn)定閾度分析的外骨骼動態(tài)步長規(guī)劃方法[J]. 陳春杰,張邵敏,王燦,吳桂忠,吳新宇.  儀器儀表學(xué)報. 2017(03)
[8]下肢外骨骼機器人行走過渡穩(wěn)定性控制研究[J]. 閆大富,鄧華,鐘國梁.  計算機仿真. 2016(09)
[9]機器人下肢外骨骼系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和步態(tài)控制研究[J]. 周東棟,樊軍.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2016(04)

碩士論文
[1]下肢外骨骼動態(tài)穩(wěn)定性分析與步態(tài)跟蹤控制研究[D]. 吳昌偉.中南大學(xué) 2014



本文編號：3719548