下肢外骨骼机器人机构优化及其膝关节控制技术研究

bb20920d · 发表于 2022-4-29 20:35:05

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雅宝题库解析：
早在机械文明的开始，人类就希望着能够研究出一种能够帮助人类完成一些艰苦的劳动，甚至于人不能完成的工作和任务的智能机械系统，而其中最具代表意义的就是仿人机器人，但随着研究的进展，人们发现仿人机器人缺少人的灵活性，在稍微复杂些的或易发生变化的环境和场合下无法完成相应工作，如果人和机器人联合起来各取其优势，利用人类的聪明智慧和机器人的强壮，去完成一项事情会更加有效。本文从人体工程学出发，首先对人体体段进行了划分，依据国标确定了与下肢外骨骼机器人设计相关的设计尺寸，然后对人体的运动进行了分析，其中包含了人体下肢行走过程中的运动学和动力学的分析。利用ADAMS及MATLAB软件对其进行仿真，依据运动学与动力学仿真的结果，确定了人体下肢外骨骼机器人的机械结构并完成了有限元分析；从能量的角度确定了下肢外骨骼机器人需要驱动的关节；确定了液压系统的参数，并完成了液压系统的元件选型。本文对下肢外骨骼机器人实验平台进行了数学模型的建立，研究重点是膝关节位置控制系统。针对下肢外骨骼机器人液压部分，本文分别利用流量连续性及力平衡性给出了不同的数学模型，这些数学模型可以用来描述带伺服阀的非对称液压缸，在MATLAB的simulink中搭建了液压系统的模型。本文研究了下肢外骨骼机器人膝关节位置的控制策略，提出了膝关节控制系统的两种控制方式，即常规PID控制策略及模糊PID控制策略两种控制方法。为了建立较接近实际情况的仿真模型，将下肢外骨骼机器人导入ADAMS中，在simulink中将控制算法与下肢外骨骼机器人ADAMS子模型进行联合仿真。最后本文通过实验的方法对下肢外骨骼机器人进行了研究。实验以计算机为中心，采用LabVIEW软件对实验系统进行控制。在实验之后，将实验结果与仿真结果做对比分析，验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

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