發(fā)布時間：2018-04-02 19:11

  本文選題：可穿戴式　切入點：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,下肢外骨骼機器人受到了國內(nèi)外科研機構(gòu)的重視。本文在安徽省科技攻關(guān)計劃項目"可穿戴型下肢助力機器人研究(1604a0902125)"的資助下,針對下肢外骨骼機器人機械構(gòu)型和步態(tài)穩(wěn)定性兩個關(guān)鍵技術(shù)問題開展了研究。在下肢外骨骼機器人的構(gòu)型設(shè)計過程中,充分借鑒了人體運動學(xué)和人體解剖學(xué)科研成果,詳細(xì)地分析了人體行走過程的下肢運動特征�；�于功能相似,結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕便的原則,構(gòu)建了下肢外骨骼機器人的傳動方案。根據(jù)我國成年人的體型,確定了下肢外骨骼機器人的主要尺寸。研制出一套新型的下肢外骨骼機器人,并加工出實驗樣機。針對下肢外骨骼機器人的步態(tài)穩(wěn)定性問題,本文采用坐標(biāo)齊次變換方法,建立了下肢外骨骼機器人的運動模型,開展了正、逆運動學(xué)分析�；�于拉格朗日定理對人體步行的雙足支撐相和單足支撐相進(jìn)行動力學(xué)分析。推導(dǎo)了零力矩點(ZMP)的計算公式,并基于零力矩點的穩(wěn)定裕度和三次樣條插值的原理,規(guī)劃下肢外骨骼機器人行走步態(tài)。利用ADAMS軟件建立了虛擬樣機,并給定具體參數(shù)。采用仿真技術(shù)繪制了各個驅(qū)動關(guān)節(jié)的運動軌跡模擬樣機的行走步態(tài),驗證了機構(gòu)設(shè)計的合理性和步態(tài)規(guī)劃的可行性。為了驗證下肢外骨骼機器人步行穩(wěn)定性的理論結(jié)果,搭建步行控制實驗平臺,通過步態(tài)控制實驗,采集行走過程中的相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合采集的實驗數(shù)據(jù)計算零力矩點(ZMP)的實際位置,發(fā)現(xiàn)實驗結(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉秀華;閆磊;;下肢外骨骼助力裝置結(jié)構(gòu)與動力學(xué)分析[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2015年31期

2 張向剛;秦開宇;石宇亮;;人體外骨骼服技術(shù)綜述[J];計算機科學(xué);2015年08期

3 李春光;劉國棟;;雙足機器人自然ZMP軌跡生成方法研究[J];計算機工程與應(yīng)用;2014年19期

4 易嘉偉;程文明;濮德璋;;攜行式外骨骼下肢運動學(xué)分析與仿真[J];機械設(shè)計與制造;2014年02期

5 謝海勝;陳岱民;;可穿戴式下肢康復(fù)外骨骼機器人步態(tài)規(guī)劃及仿真[J];長春大學(xué)學(xué)報;2013年10期

6 劉會勇;趙青;;下肢外骨骼助行機器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];機械設(shè)計與制造;2013年08期

7 朱小標(biāo);謝叻;許東;神祥龍;劉琳;于海龍;;下肢外骨骼機器人步行運動數(shù)值研究[J];中國數(shù)字醫(yī)學(xué);2013年02期

8 張凱;;單兵外骨骼結(jié)構(gòu)與運動分析[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2011年13期

9 柯顯信;陳玉亮;唐文彬;;人體下肢外骨骼機器人的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析[J];機器人技術(shù)與應(yīng)用;2009年06期

10 楊智勇;張靜;歸麗華;張遠(yuǎn)山;楊秀霞;;外骨骼機器人控制方法綜述[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報;2009年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳峰;可穿戴型助力機器人技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙宏亮;下肢外骨骼機器人步態(tài)規(guī)劃和步行控制的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 逄學(xué)偉;下肢助力外骨骼機器人設(shè)計與研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

3 段啟超;下肢外骨骼機器人人機運動學(xué)與靜力學(xué)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

4 孫召成;下肢外骨骼助力系統(tǒng)設(shè)計及仿真優(yōu)化分析[D];青島科技大學(xué);2015年

5 陳偉;仿生下肢外骨骼機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及可靠性分析[D];電子科技大學(xué);2015年

6 盧嘉敏;雙足機器人的步態(tài)規(guī)劃和步行控制研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2013年

7 柴虎;下肢外骨骼機器人跟隨系統(tǒng)的研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2013年

8 徐華;人形機器人越障的步態(tài)規(guī)劃研究[D];重慶大學(xué);2013年

9 蔣靖;下肢助力外骨骼機構(gòu)設(shè)計與研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

10 袁曼飛;基于卡爾曼濾波的GAT磁懸浮陀螺全站儀數(shù)據(jù)處理及分析研究[D];長安大學(xué);2012年

，

本文編號：1701726