氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力系統(tǒng)研究.pdf

1、外骨骼助力系統(tǒng)是人的智能和機(jī)器人的機(jī)械能相結(jié)合的可穿戴裝備，廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療以及災(zāi)難救援等方面，來(lái)為穿戴者提供一定的助力。氣動(dòng)肌肉作為一種新型氣動(dòng)執(zhí)行器，相比于電機(jī)和液壓等傳統(tǒng)執(zhí)行器，與生物肌肉特性類似，具有功率質(zhì)量比和功率體積比高，響應(yīng)速度快、成本低廉、安全可靠、清潔無(wú)污染以及良好的柔順性等特點(diǎn)。由于其所具有的優(yōu)良特性，使得它越來(lái)越多的受到研究者的青睞。但國(guó)內(nèi)外所研究的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力裝置大多為身體局部康復(fù)機(jī)構(gòu)以及上肢助力

2、機(jī)構(gòu)，本文首次嘗試進(jìn)行氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步深化氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用。
　　本文以氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器，開展了外骨骼裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)肌肉數(shù)學(xué)模型的建立、氣動(dòng)肌肉的非線性控制研究、上下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)理論分析以及上肢負(fù)重能力實(shí)驗(yàn)和下肢平地行走控制策略研究等，初步完成了外骨骼研究的基礎(chǔ)工作。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　第一，建立了人體坐標(biāo)系，并分析了各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形式.采用擬人化的設(shè)計(jì)方法，完成了外骨骼結(jié)構(gòu)的設(shè)

3、計(jì)。
　　第二，搭建了氣動(dòng)肌肉力學(xué)特性測(cè)試平臺(tái)，對(duì)氣動(dòng)肌肉的靜力學(xué)等特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，建立氣動(dòng)肌肉的多項(xiàng)式擬合模型，針對(duì)氣動(dòng)肌肉的強(qiáng)非線性特性，設(shè)計(jì)了基于微分器的滑?？刂破?，對(duì)單根氣動(dòng)肌肉負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行了正弦位置跟蹤控制研究，驗(yàn)證該控制器的有效性。
　　第三，分別建立了上肢和下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了上肢和下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解的計(jì)算。利用拉格朗日方程和虛功原理，建立了上肢和下肢的動(dòng)力學(xué)方程。利用三維