下肢負(fù)重外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)控制機(jī)理研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、下肢外骨骼機(jī)器人是將人類的靈活性、智能性及其機(jī)動(dòng)性同機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)力結(jié)合起來(lái)組成的一個(gè)系統(tǒng)，在軍事、生物醫(yī)學(xué)、生活等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循仿生學(xué)，骨骼比例以及運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)位置能夠很好的人體下肢匹配，能夠跟正常人一樣自如的完成行走，坐下等復(fù)雜動(dòng)作，與穿戴者協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還能夠增強(qiáng)穿戴者的負(fù)重力、速度以及耐力，具有很好的市場(chǎng)前景。
　　本文運(yùn)用仿生學(xué)的設(shè)計(jì)思想，從人體解剖學(xué)和外科骨骼學(xué)著手分析人體下肢各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)在步行過(guò)

2、程中的作用以及活動(dòng)范圍，通過(guò)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)機(jī)理以及特征進(jìn)行深入研究，結(jié)合人體工程學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特征設(shè)計(jì)出一套能夠快捷穿戴，并且腰部橫梁及大小腿連桿的長(zhǎng)度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠很方便的讓眾多體型不同的人穿戴是外骨骼機(jī)器人樣機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)。以零力矩點(diǎn)（ZMP）穩(wěn)定性判據(jù)為機(jī)器人穩(wěn)定理論基礎(chǔ)，提出了一種基于零力矩點(diǎn)穩(wěn)定判據(jù)，用三次樣條對(duì)關(guān)節(jié)軌跡進(jìn)行插值的步態(tài)控制策略。以PC機(jī)、STM32單片機(jī)以及六軸運(yùn)動(dòng)控制卡為核心設(shè)計(jì)搭建了外骨骼機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。

3、通過(guò)以太網(wǎng)總線和485總線完成了上位機(jī)與下位機(jī)的Modbus通訊協(xié)議。在此硬件平臺(tái)上研發(fā)了一套應(yīng)用于該系統(tǒng)的控制軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)以及位置三種運(yùn)動(dòng)模式，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每臺(tái)電機(jī)的功率、電壓、電流、溫度等相關(guān)參數(shù)，并能顯示出各個(gè)參數(shù)的波形變化情況。
　　完成了下肢外骨骼機(jī)器人樣機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)的搭建，在此基礎(chǔ)上對(duì)外骨骼機(jī)器人的樣機(jī)系統(tǒng)完成了人體穿戴試驗(yàn)和行走步態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了外骨骼機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)的