本文選題：可穿戴式　切入點(diǎn)：下肢外骨骼　出處：《安徽工程大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：為了增強(qiáng)人體體能,幫助下肢傷殘患者正常行走和康復(fù)訓(xùn)練,下肢外骨骼機(jī)器人受到了國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的重視。本文在安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目"可穿戴型下肢助力機(jī)器人研究(1604a0902125)"的資助下,針對(duì)下肢外骨骼機(jī)器人機(jī)械構(gòu)型和步態(tài)穩(wěn)定性?xún)蓚�(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展了研究。在下肢外骨骼機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)過(guò)程中,充分借鑒了人體運(yùn)動(dòng)學(xué)和人體解剖學(xué)科研成果,詳細(xì)地分析了人體行走過(guò)程的下肢運(yùn)動(dòng)特征�；诠δ芟嗨�,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,質(zhì)量輕便的原則,構(gòu)建了下肢外骨骼機(jī)器人的傳動(dòng)方案。根據(jù)我國(guó)成年人的體型,確定了下肢外骨骼機(jī)器人的主要尺寸。研制出一套新型的下肢外骨骼機(jī)器人,并加工出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。針對(duì)下肢外骨骼機(jī)器人的步態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題,本文采用坐標(biāo)齊次變換方法,建立了下肢外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型,開(kāi)展了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析�；诶窭嗜斩ɡ韺�(duì)人體步行的雙足支撐相和單足支撐相進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。推導(dǎo)了零力矩點(diǎn)(ZMP)的計(jì)算公式,并基于零力矩點(diǎn)的穩(wěn)定裕度和三次樣條插值的原理,規(guī)劃下肢外骨骼機(jī)器人行走步態(tài)。利用ADAMS軟件建立了虛擬樣機(jī),并給定具體參數(shù)。采用仿真技術(shù)繪制了各個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬樣機(jī)的行走步態(tài),驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和步態(tài)規(guī)劃的可行性。為了驗(yàn)證下肢外骨骼機(jī)器人步行穩(wěn)定性的理論結(jié)果,搭建步行控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)步態(tài)控制實(shí)驗(yàn),采集行走過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算零力矩點(diǎn)(ZMP)的實(shí)際位置,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與期望步行穩(wěn)定區(qū)域相匹配,從而有力地證明了基于ZMP步態(tài)控制方法的可行性與合理性。
[Abstract]:In order to enhance the physical ability of the lower extremity and help the disabled patients to walk and rehabilitate normally, exoskeleton robot of the lower extremity has been paid more attention by the research institutions at home and abroad.In this paper, with the aid of Anhui Science and Technology Project "Research on wearable lower extremity booster robot 1604a0902125", the mechanical configuration and gait stability of exoskeleton robot of lower extremity are studied.In the process of configuration design of exoskeleton robot in lower extremity, the kinematics and anatomical research results of human body are fully used for reference, and the characteristics of lower extremity motion during human walking are analyzed in detail.Based on the principle of similar function, simple structure and light weight, the transmission scheme of exoskeleton robot is constructed.The main dimensions of exoskeleton robot of lower extremity are determined according to the size of adults in our country.A new exoskeleton robot was developed and the experimental prototype was manufactured.Aiming at the gait stability of exoskeleton robot in lower extremity, the kinematic model of exoskeleton robot in lower extremity is established by using coordinate homogeneous transformation method, and the forward and inverse kinematics analysis is carried out.Based on Lagrange theorem, the dynamic analysis of bipedal bracing phase and one-legged bracing phase of human walking is carried out.Based on the stability margin of zero moment point and the principle of cubic spline interpolation, the walking gait of exoskeleton robot is planned.The virtual prototype is built by using ADAMS software, and the specific parameters are given.The simulation technology is used to draw the movement trajectory of each driving joint to simulate the walking gait of the prototype, which verifies the rationality of the mechanism design and the feasibility of gait planning.In order to verify the theoretical results of walking stability of exoskeleton robot in lower limbs, a walking control experimental platform was built, and the relevant data of walking process were collected through gait control experiment.In combination with the experimental data, the actual position of zero torque point is calculated, and it is found that the experimental results match the expected walking stable region, thus proving the feasibility and rationality of the gait control method based on ZMP.
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1701726