本文選題：外骨骼 + 液壓驅(qū)動(dòng)�。� 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：外骨骼是一種并聯(lián)于人體外側(cè),用于助力、助行或者輔助康復(fù)治療的裝置。作為助力應(yīng)用,外骨骼可以增強(qiáng)穿戴者的肢體能力或者直接承擔(dān)外負(fù)荷,從而可以有效的降低人體能量消耗,可作為一種遠(yuǎn)距離負(fù)重行走的助力器械應(yīng)用于軍事;其助行或者輔助康復(fù)治療功能可以幫助肢體功能不健全的人進(jìn)行正常行走,或者完成搬運(yùn)物品的動(dòng)作。未來(lái)外骨骼可以應(yīng)用在軍事、醫(yī)療、災(zāi)后救援甚至日常生活中。在外骨骼領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)取得了一些研究成果。然而在外骨骼輕量化設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感以及協(xié)調(diào)控制等方面還需要進(jìn)行深入的研究。本論文在教育部關(guān)鍵技術(shù)支撐項(xiàng)目以及江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃的資助下,開(kāi)展了下肢外骨骼、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制技術(shù)方面的研究。主要研究工作如下:(1)開(kāi)展下肢助力外骨骼的研究就有必要對(duì)人體行走步態(tài)進(jìn)行深入的研究。為此,本文研究搭建了主要由圖像采集系統(tǒng)、足底測(cè)力系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成的人體行走步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以分析出人體完整步態(tài)周期的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)以及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。(2)本文研究的下肢外骨骼主要用于負(fù)重助力行走,文中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的下肢外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)并開(kāi)展了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究。在分析了下肢助力外骨骼系統(tǒng)對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)的要求,對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),包括液壓執(zhí)行器與液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),并完成液壓執(zhí)行器的機(jī)械設(shè)計(jì)與校核,利用ANSYS進(jìn)行了強(qiáng)度校核與優(yōu)化。針對(duì)設(shè)計(jì)的液壓閥控系統(tǒng),分別建立了閥控液壓系統(tǒng)的線性化模型與微分方程形式的狀態(tài)空間模型。利用AMESim軟件進(jìn)行了仿真與設(shè)計(jì)驗(yàn)證。(3)針對(duì)傳統(tǒng)PID控制算法在不確定干擾環(huán)境下控制性能變差的情況,本文提出了電液伺服系統(tǒng)自適應(yīng)滑模位置控制算法�；陂y控液壓系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑�？刂坡�,在理論上證明了算法在Lyapunov意義下的全局漸近穩(wěn)定。運(yùn)用非線性積分鏈?zhǔn)轿⒎制鞣椒ǖ玫搅讼到y(tǒng)速度與加速度值用以反饋控制。在實(shí)驗(yàn)室搭建了電液伺服平臺(tái)以及MATLAB RTW/xPC半實(shí)物實(shí)時(shí)控制平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)不同頻率的正弦參考信號(hào)進(jìn)行位置跟蹤,分別得到了無(wú)外界干擾以及存在十?dāng)_狀況下的跟蹤曲線,對(duì)比傳統(tǒng)的PID控制驗(yàn)證了該算法的有效性以及魯棒性。(4)電液伺服系統(tǒng)的力控制更容易受到不確定的的干擾,進(jìn)行精確的控制比較困難,因此本文提出了帶有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)幕？刂扑惴�。設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償滑�？刂坡�,并在理論上證明了算法的全局近穩(wěn)定。設(shè)計(jì)了觀測(cè)器得到相對(duì)準(zhǔn)確的輸出力與力的微分。通過(guò)MATLAB RTW/xPC實(shí)時(shí)控制平臺(tái),在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行力跟蹤實(shí)驗(yàn),對(duì)比傳統(tǒng)的PID控制,該控制算法應(yīng)用在電液伺服系統(tǒng)的力控制中可以取得良好的控制效果。(5)本文針對(duì)行走步態(tài)中的單足支撐與雙足支撐兩種狀態(tài)建立了下肢外骨骼的動(dòng)力學(xué)模型。在分析了國(guó)內(nèi)外典型外骨骼控制方法后,設(shè)計(jì)了符合本文所研究下肢外骨骼的整體協(xié)調(diào)控制策略。設(shè)計(jì)了模糊系統(tǒng)逼近不確定干擾項(xiàng)的滑�？刂扑惴�,并應(yīng)用于下肢外骨骼擺動(dòng)相的控制。本文最后在穿戴外骨骼狀態(tài)下進(jìn)行了整機(jī)步態(tài)行走實(shí)驗(yàn),從而檢驗(yàn)下肢助力外骨骼控制系統(tǒng)的性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1930561