基于氣動(dòng)人工肌肉的人工腿運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、在智能假肢研究及開發(fā)過程中，需要對(duì)其進(jìn)行大量的性能測試實(shí)驗(yàn)，但讓殘疾人穿戴假肢進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較困難。為了給智能假肢的性能測試提供理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，課題組提出了異構(gòu)雙腿行走機(jī)器人模式。人工腿作為異構(gòu)雙腿行走機(jī)器人的重要組成部分，其主要功能是模擬殘疾人健康腿的正常步態(tài)，給智能仿生腿提供步態(tài)跟隨目標(biāo)軌跡。因此，人工腿的運(yùn)動(dòng)控制對(duì)整個(gè)異構(gòu)雙腿行走機(jī)器人的研究具有非常重要的意義。
　　基于對(duì)人體下肢的生理結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析，充分考慮健康人腿結(jié)構(gòu)

2、尺寸的基礎(chǔ)上，對(duì)人工腿的整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維運(yùn)動(dòng)仿真，并開發(fā)了人工腿原型樣機(jī)。在驅(qū)動(dòng)方面，采用伺服電機(jī)作為髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源，采用氣動(dòng)人工肌肉(PMA)作為膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源。
　　膝關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)是本文研究的重點(diǎn)，結(jié)合氣動(dòng)人工肌肉的驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了由氣動(dòng)人工肌肉和氣動(dòng)高速開關(guān)閥組成的膝關(guān)節(jié)氣動(dòng)控制系統(tǒng)。由于氣動(dòng)人工肌肉(PMA)本身具有非線性，解析計(jì)算建模較為困難，本文利用已搭建完成的氣動(dòng)人工肌肉性能測試實(shí)驗(yàn)平

3、臺(tái)對(duì)人工肌肉的特性進(jìn)行了分析，并建立了精確的數(shù)學(xué)模型。
　　以膝關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，在動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，建立了驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，并采用虛擬樣機(jī)技術(shù)搭建了聯(lián)合仿真平臺(tái)。以提高系統(tǒng)控制精度為目的，應(yīng)用PID控制策略和滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，分別對(duì)膝關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了人工腿步態(tài)軌跡跟蹤控制仿真，并得到了良好的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　在理論研究的基礎(chǔ)上，完成了人工腿控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，并分別進(jìn)行了三個(gè)關(guān)節(jié)的步態(tài)軌跡跟隨實(shí)驗(yàn)研