發(fā)布時(shí)間：2017-12-28 02:23

  本文關(guān)鍵詞：下肢外骨骼機(jī)器人隨動(dòng)控制及虛擬仿真研究　出處：《新疆大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：下肢助力外骨骼是一種綁縛在人身體上的機(jī)械裝置,可以實(shí)現(xiàn)功能優(yōu)化。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,它能有效的識(shí)別人的意圖,協(xié)調(diào)人體動(dòng)作,繼而增強(qiáng)人的運(yùn)動(dòng)能力,輔助人體完成運(yùn)動(dòng)。外骨骼機(jī)器人集合了多個(gè)領(lǐng)域的不同技術(shù),它設(shè)計(jì)的目的就是將人類的智能與機(jī)器人的動(dòng)力進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,彌補(bǔ)人類在運(yùn)動(dòng)能力上的不足,使人類具備機(jī)器的力量和耐力,從而實(shí)現(xiàn)一定的功能。本文主要圍繞助力外骨骼的關(guān)鍵技術(shù):幾何適應(yīng)、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、智能控制等進(jìn)行了初步研究。具體內(nèi)容如下:按照外骨骼協(xié)同性的要求,對(duì)人體下肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行分析,并運(yùn)用仿真手段,模擬人體運(yùn)動(dòng)時(shí)下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),設(shè)計(jì)適應(yīng)人體部位尺寸,符合人體自由度分布的外骨骼裝置。為了保證外骨骼運(yùn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn),滿足人體運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求,對(duì)外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,采用D-H參數(shù)法建模,求解運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題,選用數(shù)值法進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,并運(yùn)用ADAMS軟件仿真驗(yàn)證理論模型的合理性,為后期下肢外骨骼的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。針對(duì)助力外骨骼的隨動(dòng)控制,對(duì)不同控制方式下的阻抗控制的工作原理進(jìn)行了介紹,對(duì)人-機(jī)聯(lián)合模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,基于外骨骼阻抗控制的設(shè)計(jì),構(gòu)建單關(guān)節(jié)擺動(dòng)模型,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用MATLAB仿真軟件對(duì)助力外骨骼單關(guān)節(jié)進(jìn)行了阻抗控制跟隨效果仿真,分析阻抗參數(shù)對(duì)跟隨性能的影響。在上述研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)約束設(shè)置,將外骨骼模型與人體模型進(jìn)行結(jié)合,構(gòu)建人-機(jī)聯(lián)合仿真模型,仿真模擬行走運(yùn)動(dòng),將獲得的外骨骼關(guān)節(jié)角度與人體的關(guān)節(jié)角度進(jìn)行了對(duì)比,分析了外骨骼的協(xié)同性,同時(shí)進(jìn)行人-機(jī)聯(lián)合負(fù)重仿真,將獲得的人體關(guān)節(jié)力矩與人體負(fù)重時(shí)的下肢關(guān)節(jié)力矩進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證外骨骼的助力特性。
[Abstract]:The lower extremities exoskeleton is a mechanical device tied to the human body, which can be used to optimize the function. In the process of movement, it can effectively identify the person's intention, coordinate the movement of the human body, then increase the ability of the people to exercise, and assist the human body to complete the movement. The exoskeleton robot integrates different technical fields. It is designed to power the robot intelligence and human organically, supplement human athletic ability, make the human machine have strength and endurance, so as to achieve a certain function. This paper mainly focuses on the key techniques of the exoskeleton: Geometric adaptation, movement coordination, intelligent control and so on. The specific contents are as follows: according to the requirements of the exoskeleton concertedness, the joint structure and movement characteristics of the lower limb of the human body are analyzed, and the use of simulation, the motion state of lower extremity joints to simulate the human body motion, is designed to meet the human body size, the exoskeleton device body consistent with the distribution of degree of freedom. In order to ensure the realization of the movement function of the exoskeleton, meet the requirements of the human body kinematics, exoskeleton kinematics analysis was carried out using D-H method, parameter modeling, kinematics problem solving, the numerical method for inverse kinematics analysis, the rationality and the use of ADAMS software simulation to verify the theoretical model, to provide a theoretical reference for the optimization design of the late lower extremity exoskeleton. For servo control of exoskeleton, the working principle of different impedance control mode control are introduced, based on the kinetic analysis of human - machine model, the design of the exoskeleton based on the impedance control, construction of single joint swing model, based on the use of MATLAB simulation software for single joint exoskeleton by impedance control to follow the effect of simulation, analysis of the influence of impedance parameters on the following performance. On the basis of the above research, the constraint set, the exoskeleton model and human model are combined to construct human machine combined simulation model, simulation of movement, compares the joint angle of the exoskeleton joint angle and body of the analysis of the coordination of the exoskeleton, and human machine joint load simulation, compare the lower limb joint torque obtained human joint torque and body load when the power property verification exoskeleton.
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1344197