本文關(guān)鍵詞：氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力系統(tǒng)研究

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【摘要】：外骨骼助力系統(tǒng)是人的智能和機(jī)器人的機(jī)械能相結(jié)合的可穿戴裝備,廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療以及災(zāi)難救援等方面,來為穿戴者提供一定的助力。氣動(dòng)肌肉作為一種新型氣動(dòng)執(zhí)行器,相比于電機(jī)和液壓等傳統(tǒng)執(zhí)行器,與生物肌肉特性類似,具有功率質(zhì)量比和功率體積比高,響應(yīng)速度快、成本低廉、安全可靠、清潔無污染以及良好的柔順性等特點(diǎn)。由于其所具有的優(yōu)良特性,使得它越來越多的受到研究者的青睞。但國內(nèi)外所研究的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力裝置大多為身體局部康復(fù)機(jī)構(gòu)以及上肢助力機(jī)構(gòu),本文首次嘗試進(jìn)行氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力系統(tǒng)的研究,進(jìn)一步深化氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用。本文以氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器,開展了外骨骼裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)肌肉數(shù)學(xué)模型的建立、氣動(dòng)肌肉的非線性控制研究、上下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)理論分析以及上肢負(fù)重能力實(shí)驗(yàn)和下肢平地行走控制策略研究等,初步完成了外骨骼研究的基礎(chǔ)工作。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：第一,建立了人體坐標(biāo)系,并分析了各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形式.采用擬人化的設(shè)計(jì)方法,完成了外骨骼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。第二,搭建了氣動(dòng)肌肉力學(xué)特性測(cè)試平臺(tái),對(duì)氣動(dòng)肌肉的靜力學(xué)等特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,建立氣動(dòng)肌肉的多項(xiàng)式擬合模型,針對(duì)氣動(dòng)肌肉的強(qiáng)非線性特性,設(shè)計(jì)了基于微分器的滑�？刂破�,對(duì)單根氣動(dòng)肌肉負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行了正弦位置跟蹤控制研究,驗(yàn)證該控制器的有效性。第三,分別建立了上肢和下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系,在此基礎(chǔ)之上,進(jìn)行了上肢和下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解的計(jì)算。利用拉格朗日方程和虛功原理,建立了上肢和下肢的動(dòng)力學(xué)方程。利用三維仿真軟件ADAMS對(duì)外骨骼進(jìn)行步行模擬仿真。第四,建立了整個(gè)外骨骼助力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在此基礎(chǔ)之上,對(duì)上肢單臂進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了其負(fù)重能力；測(cè)試分析了平地行走過程中,腳底壓力的變化及關(guān)節(jié)角位移的變化規(guī)律,設(shè)計(jì)了外骨骼助力系統(tǒng)人機(jī)協(xié)同行走控制策略,并通過單腿步行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性,實(shí)現(xiàn)了負(fù)重助力行走。
【關(guān)鍵詞】：助力外骨骼系統(tǒng) 氣動(dòng)肌肉 滑�？刂� 人機(jī)協(xié)同 助力行走
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 外骨骼助力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11-17
• 1.1.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.1.2 液壓驅(qū)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.1.3 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)元件的研究進(jìn)展17-19
• 1.2.1 控制元件——?dú)鈩?dòng)高速開關(guān)閥的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 執(zhí)行元件——?dú)鈩?dòng)肌肉的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 執(zhí)行元件氣動(dòng)肌肉的特性研究19-25
• 1.3.1 氣動(dòng)肌肉的建模方法研究19-21
• 1.3.2 氣動(dòng)肌肉的控制研究21-23
• 1.3.3 外骨骼運(yùn)動(dòng)控制概述23-25
• 1.4 課題研究的意義及主要內(nèi)容25-28
• 1.4.1 課題研究的意義25-26
• 1.4.2 本文的研究?jī)?nèi)容及安排26-28
• 第2章 基于氣動(dòng)肌肉的外骨骼助力系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)28-44
• 2.1 人體坐標(biāo)系的建立及各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的形式28-30
• 2.1.1 人體測(cè)量基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面28-29
• 2.1.2 人體關(guān)節(jié)的各種運(yùn)動(dòng)29-30
• 2.2 外骨骼助力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30-41
• 2.2.1 可穿戴外骨骼系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則30-32
• 2.2.2 可穿戴外骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案32-33
• 2.2.3 可穿戴外骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)33-41
• 2.3 強(qiáng)度校核41-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第3章 單根氣動(dòng)肌肉滑�？刂�44-62
• 3.1 氣動(dòng)肌肉的模型建立44-48
• 3.2 單根氣動(dòng)肌肉的滑模運(yùn)動(dòng)控制48-61
• 3.2.1 系統(tǒng)建模48-51
• 3.2.2 滑模控制器的設(shè)計(jì)51-61
• 3.3 本章小結(jié)61-62
• 第4章 外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析62-79
• 4.1 外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析62-70
• 4.1.1 上肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程63-66
• 4.1.2 下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程66-70
• 4.2 外骨骼動(dòng)力學(xué)理論分析70-76
• 4.2.1 拉格朗日方程71
• 4.2.2 上肢動(dòng)力學(xué)理論分析71-73
• 4.2.3 下肢動(dòng)力學(xué)理論分析73-76
• 4.3 外骨骼機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析76-78
• 4.3.1 仿真模型的建立76-77
• 4.3.2 外骨骼步行仿真分析77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 第5章 上肢負(fù)重能力測(cè)試以及下肢步行實(shí)驗(yàn)研究79-89
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置的介紹79-80
• 5.2 上肢負(fù)重能力測(cè)試80-81
• 5.3 外骨骼助力系統(tǒng)負(fù)重行走人機(jī)協(xié)同控制研究81-88
• 5.3.1 腳底壓力變化規(guī)律測(cè)試實(shí)驗(yàn)81-82
• 5.3.2 人體下肢步態(tài)分析82-84
• 5.3.3 外骨骼助力系統(tǒng)負(fù)重行走人機(jī)協(xié)同控制策略84-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 第6章 總結(jié)與展望89-91
• 6.1 總結(jié)89-90
• 6.2 展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-95

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1 李超;氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2016年

  本文關(guān)鍵詞：氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力系統(tǒng)研究

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