外骨骼是穿在人體上的一類特殊機(jī)器人,具有代償、強(qiáng)化人體機(jī)能的作用,表現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。面向老年人行動(dòng)輔助、士兵體能增強(qiáng)等新需求,主動(dòng)助力技術(shù)亟待突破。主動(dòng)助力是外骨骼領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性的研究課題,它要求外骨骼主動(dòng)感知穿戴者對力和能量輔助的需求,并主動(dòng)輔助穿戴者運(yùn)動(dòng),達(dá)到降低穿戴者肌肉疲勞和體能消耗的目的。本文以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力為目標(biāo),從人體運(yùn)動(dòng)意圖感知切入,探索主動(dòng)助力方法,構(gòu)建人機(jī)協(xié)同控制架構(gòu),基于外骨骼固有的人機(jī)強(qiáng)耦合特性,研究下肢主動(dòng)助力外骨骼系統(tǒng)設(shè)計(jì),并開展主動(dòng)助力效能實(shí)驗(yàn)研究。提出基于人體動(dòng)力學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)意圖感知方法。分析人體運(yùn)動(dòng)意圖的產(chǎn)生、傳遞與表達(dá)過程,并論證以關(guān)節(jié)力矩表征人體運(yùn)動(dòng)意圖以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力的可行性;建立人體參數(shù)化動(dòng)力學(xué)模型,針對逆動(dòng)力學(xué)求解中存在的支撐相/擺動(dòng)相動(dòng)力學(xué)模型突變、多關(guān)節(jié)串聯(lián)誤差累計(jì)、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(dòng)力學(xué)降維成單腿二桿動(dòng)力學(xué)的逆動(dòng)力學(xué)求解方案;通過人機(jī)耦合機(jī)制獲取人體運(yùn)動(dòng)信息和足端接觸力信息,實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)力矩的在線解算。與運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的對比實(shí)驗(yàn)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(fù)雜運(yùn)動(dòng)。研究主動(dòng)助力方... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)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(tái)架式康復(fù)訓(xùn)練外骨骼機(jī)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(dòng)作向外骨骼傳達(dá)站起、坐下、前進(jìn)等簡單動(dòng)作指令，再由外骨骼按照預(yù)先設(shè)定的軌跡帶動(dòng)患者實(shí)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(shí)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(jī)制。這種預(yù)編程技術(shù)限制了穿戴者主動(dòng)參與運(yùn)動(dòng)控制的訴求，限制了人體運(yùn)動(dòng)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(shí)別技術(shù)，使外骨骼能夠與穿戴者互動(dòng)。a)ReWalkb)Eksoc)Fourierd)AiWalker圖1-2下地行走的康復(fù)訓(xùn)練外骨骼機(jī)器人Fig.1-2Rehabilitationexoskeletonrobotforgroundwalking1.2.2基于步態(tài)分類與識(shí)別技術(shù)的外骨骼機(jī)器人步態(tài)識(shí)別與相位識(shí)別[13-[15]技術(shù)的思想是將人的步態(tài)劃分為行走、奔跑、上下臺(tái)階等步態(tài)類別，再進(jìn)一步將一個(gè)步態(tài)周期劃分為擺動(dòng)起始、擺動(dòng)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(shí)別的結(jié)果，結(jié)合步態(tài)樣本曲線以及跨步時(shí)間、步長等參數(shù)來合成外骨骼的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)[16]，使其與人體步態(tài)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。該技術(shù)在假肢[17]和偏癱助行外骨骼[18]上應(yīng)用較為廣泛，圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]作業(yè)人員肌肉施力疲勞評價(jià)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(xué)學(xué)報(bào). 2018(10)
[2]基于隱馬爾可夫模型的動(dòng)力型下肢假肢步態(tài)預(yù)識(shí)別[J]. 趙麗娜,劉作軍,茍斌,楊鵬.  機(jī)器人. 2014(03)



本文編號：3619441