可穿戴下肢柔性外骨骼助力系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、本文在傳統(tǒng)外骨骼研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣動人工肌肉和柔性穿戴結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種可穿戴下肢柔性外骨骼助力裝置，并提供了完整的控制系統(tǒng)方案。研究內(nèi)容主要圍繞人體下肢運動學(xué)與動力學(xué)、氣動人工肌肉的結(jié)構(gòu)與特性、下肢柔性外骨骼的結(jié)構(gòu)與分析、控制系統(tǒng)的設(shè)計與實驗等方面，實現(xiàn)了較為理想的軌跡跟蹤與力矩控制效果。該外骨骼的主要特點在于重量輕、功率-質(zhì)量比大、柔性好，而且穿戴方便，不會產(chǎn)生傳統(tǒng)剛性外骨骼給身體造成的不適和負(fù)重感，因此特別適用于輔助半殘疾人的行走

2、、下肢受傷患者的運動康復(fù)等醫(yī)療領(lǐng)域;另外，在助老扶殘、家用護(hù)理等生活服務(wù)方面也具有一定的應(yīng)用價值。
　　本文基于運動測量系統(tǒng)和拉格朗日方程法，獲得了有效的關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩計算方法。根據(jù)McKibben原理改進(jìn)設(shè)計了新型的氣動人工肌肉，并介紹其結(jié)構(gòu)原理、制作方法、使用問題，建立其靜力學(xué)模型以及實驗測試其靜態(tài)性能和動態(tài)特性。設(shè)計了使用氣動人工肌肉驅(qū)動的可穿戴下肢柔性外骨骼助力裝置，對其進(jìn)行受力分析、運動建模、參數(shù)計算等一系列研究，獲得了有

3、效的關(guān)節(jié)助力力矩計算方法。同時，提供了該外骨骼控制系統(tǒng)的完整解決方案，硬件平臺主要包括由氣源、電磁閥和氣動人工肌肉組成的氣壓回路，以及由中心控制器和通信傳感元件組成的控制電路;軟件方面主要包括數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集、PWM（脈寬調(diào)制）信號產(chǎn)生和FSPID（模糊自整定PID）控制等下位機程序，以及具有串口數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示保存和高級控制等功能的上位機程序。另外，本文還通過實驗研究了可穿戴下肢柔性外骨骼基于位姿數(shù)據(jù)的軌跡跟蹤性能和基于氣壓數(shù)據(jù)的