下肢外骨骼機器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著社會老齡化以及各種安全事故，日常行動不便的老年人和下肢運動障礙的患者越來越多。醫(yī)學理論和臨床經(jīng)驗證明，這部分人需要進行肢體康復運動訓練來防止肌肉萎縮和促進肌肉性能恢復。由于運動功能障礙，患者需要護士或其他人員的幫助下完成肢體康復訓練，浪費人力和資源。另外士兵、災難救援人員和消防人員等，需要在危險環(huán)境下完成難度很大的體力工作。為了緩解這些問題，近年來研制出了康復訓練和增力機器人，輔助完成殘障人士的康復訓練以及特殊行業(yè)的各種高難度、高危

2、險任務。外骨骼助力機器人不僅可以幫助病人或老年人完成各種科學的康復訓練，還可以幫助體力工作人員把重物攜帶到目的地，減輕重物對人體施加的壓力、節(jié)省體能和時間，避免受傷。雖然目前已有的外骨骼機器人性能可以滿足要求，但是在整體設計思路、成本、加工和研發(fā)周期便攜性等方面仍存在諸多的不足，嚴重制約了外骨骼機器人的應用。因此本文結合現(xiàn)有的外骨骼技術，從其存在的問題出發(fā)，設計了新型人體下肢外骨骼機器人，以其獲得更廣泛應用。
　　本文首先設計了下

3、肢外骨骼機械機構。分析了國內(nèi)外已有的外骨骼機器人，在此基礎上，根據(jù)人運動時的步態(tài)信息和步態(tài)特性，設計了符合人體機構的下肢外骨骼機械機構。結合下肢外骨骼機器人運動特性設計了合適的控制方案。
　　其次，設計并實現(xiàn)了下肢外骨骼機器人的控制系統(tǒng)硬件部分。選擇了合適檢測人運動步態(tài)信息的傳感器，包括采集足底壓力和接觸力傳感器、各關節(jié)角度的角位移傳感器、運動機械臂末端速度的加速度計及姿態(tài)傳感器等，設計了信號的采集和處理系統(tǒng);選取運動關節(jié)的驅動元

4、件及驅動器。結合外骨骼的控制特性，選擇和設計了完整的控制方法。
　　第三，為了使下肢外骨骼機器人技術的應用領用更廣泛，本文設計的下肢外骨骼系統(tǒng)融合了康復和增力兩種工作模式。同時設計了上位機軟件，用于工作模式的切換、采集信息及顯示行走時傳感器數(shù)據(jù)變化情況，以便觀察整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保存變化時的數(shù)據(jù)，進行具體的分析和處理。
　　此外，對步態(tài)預測方法和控制方法進行研究并實現(xiàn)。通過信息融合技術對下肢外骨骼機器人多傳感器信息進行融合