基于假想柔順控制的膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析及其運(yùn)動(dòng)控制.pdf

1、近年來(lái)隨著全球范圍內(nèi)人口老年化趨勢(shì)日益加劇，可穿戴型助力機(jī)器人已經(jīng)成為重點(diǎn)的研究領(lǐng)域之一，膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人作為可穿戴型助力機(jī)器人的重要組成部分，科學(xué)家對(duì)其技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究已經(jīng)取得巨大的進(jìn)步。膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人將環(huán)境感知和多傳感器信息融合和運(yùn)動(dòng)控制等多種功能集于一身，是典型的人機(jī)一體化系統(tǒng)。當(dāng)人穿上膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人在人的智力指導(dǎo)下為人的行走提供助力從而擴(kuò)展了人的運(yùn)動(dòng)能力和活動(dòng)范圍。本文采用假想柔順控制策略和PID控制算法，實(shí)現(xiàn)了膝

2、關(guān)節(jié)助力機(jī)器人為人提供助力的目的。具體內(nèi)容包括：
　　 ⑴通過(guò)分析人腿的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，考慮到人腿和外骨骼機(jī)器人是捆綁在一起的，因此可以將人腿的質(zhì)量轉(zhuǎn)移到機(jī)器人的連桿之上，又根據(jù)左右兩條腿的對(duì)稱性，只需要為人機(jī)系統(tǒng)的左腿或者右腿建立一個(gè)二連桿動(dòng)力學(xué)模型，得到其動(dòng)力學(xué)方程，并且利用ADAMS軟件對(duì)其進(jìn)行仿真分析，為機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了參考，同時(shí)也為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制算法提供了仿真實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 ⑵要使人的運(yùn)動(dòng)與膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)

3、協(xié)調(diào)一致，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法來(lái)判斷人的運(yùn)動(dòng)意圖和人腿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，采用假想柔順控制策略由作用力求出膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速，采用增量式PID 算法對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行精確的控制，從而實(shí)現(xiàn)為人的步行提供助力的目的。
　　 ⑶客觀上要求對(duì)膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的助力效果作出評(píng)估，以便于從機(jī)械設(shè)計(jì)和控制算法兩個(gè)方面對(duì)機(jī)器人進(jìn)行整體優(yōu)化。利用表面肌電信號(hào)（sEMG）對(duì)膝關(guān)節(jié)機(jī)器人的助力效果進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明了假想柔順控制策略和PID控制算法的有