可变形轮椅式外骨骼机器人研制

发布时间：2020-12-22 06:45

　　随着社会人口老龄化的加剧,人们开始越来越关注医疗康复问题,外骨骼机器人作为一种可穿戴、提高人体运动能力的智能设备,逐渐被应用于助老助残领域。本文研制了一款面向下肢失能或弱能人群的下肢外骨骼机器人,既可以帮助使用者恢复行走能力,提供助力效果,也可以在使用者行走劳累时变形为电动轮椅,为其节省体力方便出行。本文根据外骨骼机器人的应用需求,从机电系统设计、系统建模分析、控制策略以及相关实验测试这几部分进行论述。外骨骼机器人是一种典型的机电一体化设备,合理的机械结构和稳定的电气系统是其功能实现的基础。本文设计了基于四连杆模型的外骨骼和轮椅之间的变形机构,保证变形过程的安全便捷;采用准双曲面齿轮传动,设计了高集成度、大力矩输出的外骨骼膝关节和髋关节。电气系统需要辅助机械结构实现机器人的控制方法与功能,因此设计了基于ARM+CAN的分布式控制系统。为了提高系统集成度,设计了基于磁编码器的高精度关节角度传感器,以及无线智能拐杖传感系统,配合惯性导航传感器,保证对于系统实时状态信息的采集。外骨骼的建模分析是外骨骼控制的前提,本文对于外骨骼机器人进行了运动学建模、动力学建模与稳定性分析。通过运动学分析得出... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

步态康复机器人LOKOMAT

[6]。图1-1 步态康复机器人 LOKOMAT 图1-2 步态康复机器人 NaTUre-gaits美国德拉华大学研究小组研制的下肢外骨骼 ALEX 如图 1-3 所示，其具有四个自由度，配合平衡支架和跑步机可以为下肢弱能人群进行步态康复训练[7]。在结合视觉反馈，当患者的足部轨迹保持在所期望范围内变化时，采用零阻抗控制；当超出期望范围，采用高阻抗控制，使步态轨迹重新返回到期望轨迹范围[8]。但是，

图1-3 ALEX 图1-4 ALEX-IIR Trainer 是由美国东北大学与哈佛医学院共同研制了出来的机器人步[10]，如图 1-5 所示。其具有一个主动自由度，可通过阻抗控制辅助患动治疗。RGRTrainer 与主动膝关节矫正器 ANdROS 可搭配使用，共态偏差，如图 1-6 所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]面向康复工程的助行可穿戴外骨骼机器人的人类工效学设计[J]. 邱静,程洪,过浩星.  计算机科学. 2015(10)
[2]人体行走下肢生物力学研究[J]. 韩亚丽,王兴松.  中国科学:技术科学. 2011(05)

博士论文
[1]基于柔性外骨骼人机智能系统基础理论及应用技术研究[D]. 张佳帆.浙江大学 2009

硕士论文
[1]下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D]. 周海涛.哈尔滨工业大学 2015
[2]下肢康复医疗外骨骼训练控制系统研究与初步实现[D]. 董亦鸣.浙江大学 2008
[3]脑卒中瘫痪下肢外骨骼康复机器人的研究[D]. 张杰.浙江大学 2007



本文编号：2931329