套索人工肌肉驱动下肢外骨骼控制系统研究

发布时间：2025-03-30 05:01

　　轻型的、具有良好舒适性的伤后穿戴式康复外骨骼,需要采用新型的传动方式以及轻软的人机结合形态。本课题采用套索人工肌肉传动方式,搭建了穿戴式康复训练控制平台,设计了相应的控制算法,辅助患者进行康复训练。本文首先介绍了套索人工肌肉驱动下肢外骨骼结构本体,结合套索人工肌肉传动模型,分析了各参数的变化趋势,结合拉格朗日法建立了外骨骼机器人和人机耦合动力学模型,结合库伦粘滞模型,提出了系统摩擦模型,并且通过静态实验和动态试验进行参数辨识。随后,搭建了套索人工肌肉驱动下肢外骨骼的软硬件平台。根据下肢外骨骼的系统需求,完成了控制系统软硬件设计,实现对各关节的运动控制。其次,分析了患者在康复训练初期的临床表现及训练要求,设计了模糊PD控制算法,为了进一步改善控制效果,本文根据人机耦合动力学模型设计了滑模控制器,利用Lyapunov函数证明了该滑模控制器的稳定性。分析了患者在康复训练中期的临床表现及训练要求,设计了导纳控制算法进行主动训练。最后,通过检测足底力和肌肉力,判断人体运动意图,并且进行了独立PD控制、模糊PD控制和滑模控制实验对比,证明了所设计的滑模控制器的优越性和有效性,进而完成外骨骼下肢穿戴实...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图 1-2 套索人工肌肉模型

其具有传递力大、路径灵活细小等优点。“套索人工肌肉”是利用套索的细长柔软的传动特性、按Hill肌肉模型，如图1-1，增加新的传动单元、模拟肌肉运动特性所构建的新型人工肌肉，如图1-2所示。Hill肌肉模型的人工肌肉结构体制，由收缩元（CU）、串联弹性元（SEU）、并联....

图1-3气动人工肌肉国内外主要应用

第一章绪论肉进行移动；图1-3（c）哈尔滨工业大学研制的气动人工肌肉驱动的类豹机械腿[5,6]；外，华中科技大学[7-10]、浙江大学[11-16]等国内高校均对PMA陆续展开研究。

图1-4国外用于下肢康复训练穿戴外骨骼机器人

伸自由度以及膝关节屈曲伸展自由度，其传感模块包括了角度传感器，加速度传感器和倾角仪等，其控制系统采用从主控制方式，其中主控制器采用有限状态机来切换运动模式，通过检测穿戴者的重心变化来判断人体运动意图，从控制器采用关节轨迹跟踪控制算法。Indego外骨骼研发了一款配备的APP....

图1-5国内可用于下肢康复训练穿戴外骨骼机器人

节角度传感器、足底力传感器、人机交互力传感器。控制算法采用分层控制递阶控制想，决策控制层通过足底力传感器解算零力矩点（ZMP），关节角度传感器解算外骨位姿，通过融合算法来判断人体运动意图，进而解算出相对应的控制指令发送给关节行层，关节执行层采用模糊滑模控制器，主控制器为模糊控制器....

本文编号：4038231