多自由度并联康复机器人力/位混合运动控制策略研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:benmanw
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并联机器人具有负载能力强、刚度大、精度高、结构紧凑、控制容易和动力性能好等优点,广泛应用于模拟运动、对接运动和承载运动等领域,特别是将并联机器人应用于下肢康复领域,结合并联机器人的结构特点,采用合理的运动控制策略,可以提供更合理的康复治疗手段,提高下肢康复的针对性和有效性。并联机器人是一个复杂的耦合系统,为了获得更好的康复治疗效果,除了制定有效的康复运动策略外,还需要对并联机器人的动力学模型、正向运动学以及运动控制策略等进行研究。为此,本文进行了以下四个部分的研究:(1)针对并联机器人正解不易求解的问题,采用模糊神经网络的方法建立并联平台的正向运动学模型,并通过MATLAB仿真与牛顿欧拉法进行了比较。(2)针对并联平台的动力学建模比较复杂的问题,研究了系统辨识的方法,通过系统辨识得到伺服电机的数学模型,同时将SolidWorks与MATLAB进行联合仿真,得到较为准确的并联平台的动力学模型。(3)针对并联平台的运动控制策略,研究了基于模型的预测控制算法。基于由系统辨识得到的数学模型,设计了并联平台的控制算法,并通过仿真与传统PID算法进行了比较。(4)针对下肢康复运动策略问题,引入了力传感器,研究了阻抗控制算法和力位混合运动控制算法。提出几种康复运动策略,通过实际平台的测试,验证了康复运动策略的可行性。通过以上的研究,可以实现快速建立并联机器人的数学模型,并且结合正向运动学,克服了在调试过程中无法实现末端闭环控制的难题。采用以上方法同时结合力传感器可以设计出性能更好的康复训练控制器,提高康复运动的有效性。
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