外骨骼是穿在人體上的一類特殊機器人,具有代償、強化人體機能的作用,表現(xiàn)出巨大應用潛力。面向老年人行動輔助、士兵體能增強等新需求,主動助力技術亟待突破。主動助力是外骨骼領域極具挑戰(zhàn)性的研究課題,它要求外骨骼主動感知穿戴者對力和能量輔助的需求,并主動輔助穿戴者運動,達到降低穿戴者肌肉疲勞和體能消耗的目的。本文以實現(xiàn)主動助力為目標,從人體運動意圖感知切入,探索主動助力方法,構(gòu)建人機協(xié)同控制架構(gòu),基于外骨骼固有的人機強耦合特性,研究下肢主動助力外骨骼系統(tǒng)設計,并開展主動助力效能實驗研究。提出基于人體動力學模型的運動意圖感知方法。分析人體運動意圖的產(chǎn)生、傳遞與表達過程,并論證以關節(jié)力矩表征人體運動意圖以實現(xiàn)主動助力的可行性;建立人體參數(shù)化動力學模型,針對逆動力學求解中存在的支撐相/擺動相動力學模型突變、多關節(jié)串聯(lián)誤差累計、雙腿內(nèi)力對抗等問題,提出通過測量人體足端接觸力,將人體五桿動力學降維成單腿二桿動力學的逆動力學求解方案;通過人機耦合機制獲取人體運動信息和足端接觸力信息,實現(xiàn)人體關節(jié)力矩的在線解算。與運動捕捉系統(tǒng)的對比實驗結(jié)果表明該方法精度良好,且適用于不同穿戴者的多種復雜運動。研究主動助力方... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

下地行走的康Fig.1-2Rehabilitationexoskel

下地行走的康

第1章緒論-3-a)Lokomateb)Flexbot圖1-1臺架式康復訓練外骨骼機器人Fig.1-1Benchtyperehabilitationexoskeletonrobot為了讓患者能夠下地行走，以色列的Rewalk[1]、美國的Ekso[11]、國內(nèi)的Fourier、AiWalker[12]等助殘外骨骼被發(fā)明，如圖1-2所示，這些外骨骼擺脫了固定支架的束縛，患者通過手杖按鈕和傾斜等動作向外骨骼傳達站起、坐下、前進等簡單動作指令，再由外骨骼按照預先設定的軌跡帶動患者實現(xiàn)邁步和行走。為了確保行走的穩(wěn)定性，通常需要拐杖做輔助支撐，同時外骨骼控制算法中集成了人體重心檢測等輔助穩(wěn)定行走的機制。這種預編程技術限制了穿戴者主動參與運動控制的訴求，限制了人體運動控制功能的發(fā)揮。鑒于此，人們開始研究人體步態(tài)分類與相位識別技術，使外骨骼能夠與穿戴者互動。a)ReWalkb)Eksoc)Fourierd)AiWalker圖1-2下地行走的康復訓練外骨骼機器人Fig.1-2Rehabilitationexoskeletonrobotforgroundwalking1.2.2基于步態(tài)分類與識別技術的外骨骼機器人步態(tài)識別與相位識別[13-[15]技術的思想是將人的步態(tài)劃分為行走、奔跑、上下臺階等步態(tài)類別，再進一步將一個步態(tài)周期劃分為擺動起始、擺動結(jié)束、支撐起始等相位。圖1-3b）所示外骨骼根據(jù)步態(tài)分類和相位識別的結(jié)果，結(jié)合步態(tài)樣本曲線以及跨步時間、步長等參數(shù)來合成外骨骼的關節(jié)運動[16]，使其與人體步態(tài)協(xié)調(diào)運動。該技術在假肢[17]和偏癱助行外骨骼[18]上應用較為廣泛，圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]作業(yè)人員肌肉施力疲勞評價模型[J]. 胡鴻,易燦南,李開偉,唐范,左華麗,陳成鋒.  中國安全科學學報. 2018(10)
[2]基于隱馬爾可夫模型的動力型下肢假肢步態(tài)預識別[J]. 趙麗娜,劉作軍,茍斌,楊鵬.  機器人. 2014(03)



本文編號：3619441