基于逆系統(tǒng)方法的下肢康復(fù)機(jī)器人解耦控制研究.pdf

1、本文以下肢康復(fù)機(jī)器人為研究對(duì)象，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的上一代康復(fù)機(jī)器人電氣系統(tǒng)的不足，優(yōu)化設(shè)計(jì)了新一代下肢康復(fù)機(jī)器人電氣系統(tǒng)；基于逆系統(tǒng)理論對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人三自由度動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)了線性解耦，設(shè)計(jì)了線性控制器，利用模糊智能PID控制算法實(shí)現(xiàn)了各關(guān)節(jié)的軌跡跟蹤，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　首先總結(jié)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的下肢康復(fù)機(jī)器人在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，從系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性方面設(shè)計(jì)了新一代的下肢康復(fù)機(jī)器人電氣系統(tǒng)；利用拉格朗日方程建立了三關(guān)節(jié)下肢康復(fù)機(jī)器人

2、的動(dòng)力學(xué)模型；考慮到患者與機(jī)器人之間的作用力，建立了基于六維力傳感器的人機(jī)耦合動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，針對(duì)三連桿動(dòng)力學(xué)模型是非線性的，及輸入輸出之間存在耦合的特點(diǎn)，采用非線性理論中的逆系統(tǒng)方法，論證了動(dòng)力學(xué)模型的可逆性，以解析的方法建立了動(dòng)力學(xué)模型的逆系統(tǒng)，構(gòu)成了偽線性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了原動(dòng)力學(xué)線性反饋解耦。通過設(shè)計(jì)線性控制器，實(shí)現(xiàn)了各關(guān)節(jié)軌跡跟蹤的控制。通過仿真驗(yàn)證了理論的正確性。
　　然后，考慮以動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行對(duì)關(guān)節(jié)的力矩控制

3、，動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)不準(zhǔn)確性、康復(fù)機(jī)器人在康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)過程中外界干擾的不確定性、以及摩擦力矩的不確定性，設(shè)計(jì)了負(fù)反饋和 PID調(diào)節(jié)器結(jié)合的方式來消除系統(tǒng)誤差，并在此基礎(chǔ)上，引入智能模糊算法，建立了模糊自適應(yīng) PID控制器，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。通過仿真驗(yàn)證了理論的可行性。
　　最后，搭建了新一代下肢康復(fù)機(jī)器人單腿電氣系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定了各傳感器；解決了大小腿長(zhǎng)度的變化導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)變化而不可求的難題，通過實(shí)驗(yàn)和仿真軟件確定了三關(guān)節(jié)機(jī)