基于混合相位控制的下肢外骨骼系统设计与研究

发布时间：2024-10-26 22:02

　　助力型外骨骼机器人是一种能够通过驱动模块增强人体肌肉能力的可穿戴式设备,其在军事作战、医疗康复及工业搬运等场合有着广泛的应用。在外骨骼研究领域,人体运动趋势的检测及人机耦合控制一直属于热门研究方向。本文主要从类人化结构设计、传感系统与步态识别、动力学与控制及样机搭建与实验方面对下肢外骨骼机器人进行研究。首先,基于对人体生理结构及运动特性的分析,得到类人化下肢外骨骼机器人设计的指标,并针对该指标对下肢外骨骼的各部分进行设计,其中髋关节、膝关节矢状面内的伸屈设计为主动自由度,并在驱动关节安装串联弹性驱动器,增加关节的柔性,髋关节外展/内收安装重力平衡弹簧,减轻人体负重感,膝关节设计为异构型,以防止出现雅可比矩阵奇异,踝关节设计为远心机构,使人机的旋转轴重合。为了满足控制算法的要求,设计了下肢外骨骼机器人的传感系统,包括关节角度、力矩检测及姿态位置检测,并提出了基于运动末端的人机交互检测策略。同时基于Kalman滤波器对多传感器信息进行融合,滤除干扰信号,并对人体意图进行预测,以弥补控制算法的滞后性。本文对人体运动步态进行分析,对支撑相做了详细的划分,对应地设计了新型的足底信息检测装置,提出了...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

骨骼机器人系统国内外研究现状骨骼机器人系统国外研究现状骨骼的研究在国外起步较早，技术已有一定积累，目括三个方面：第一类是为正常人设计的、旨在增强穿戴体机能的助力设备，这一类型的外骨骼机器人可用于重等活动；第二类是为残疾人、中风或脊柱损伤病人骨骼机器人能够帮助患者完成自身难以完成的....

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文自由度、膝关节一自由度、踝关节三自由度。由于BLEEX系统的缺陷表现在自身重量大、运动范围小虽然负载质量能够传递到地面上，但是外骨骼机器了穿戴者的运动惯性。其控制器是根据穿戴者的微现运动跟随，因此机器人驱动单元的反应与人体运

响了穿戴者的运动惯性。其控制器是根据穿戴者的微小实现运动跟随，因此机器人驱动单元的反应与人体运动图1-2伯克利下肢外骨骼得DARPAEHPA资助的项目为XOS，由Sarcos公司参。XOS是一款使用液压驱动的全身助力性外骨骼机器人电需求，XOS并不是完全的可穿....

图1-4HULC军用动力外骨骼系统筑波大学的混合助力机器人（HAL，HybridAssistiveLimb）的设帮助脊柱损伤病人和中风病人[9]-[10]，如图1-5所示。HAL最典型检测到的EMG信号来控制机器人，而对于关节力矩来说EMG信，同时相比与运....

本文编号：4008314