下肢外骨骼机器人的设计与研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:armstronger7026
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为打造一款具有可穿戴性并可以在穿戴者行走时提供一定下肢助力的轻便型下肢外骨骼机器人,本文在机械结构、控制系统、运动学、动力学以及基于足底压力和C-支持向量分类机的人体下肢动作识别等方面进行了大量研究。主要研究内容有:第一,结构设计:包括整体结构方案设计;驱动电机选型;主动关节(髋关节、膝关节)、踝关节、大小腿连杆及腰托结构的设计;建立数学模型,计算出机器人主动关节运动角度范围,验证所选电机行程是否满足要求。第二,运动学与动力学分析:根据人体正常行走步态建立机器人运动模型;基于D-H法进行运动学分析,得出摆动腿踝关节位姿矩阵方程,用MATLAB软件验证理论计算结果;利用拉格朗日函数建立动力学方程;利用ADAMS软件进行下肢外骨骼穿戴联合步态仿真,得出各关节驱动扭矩;计算驱动推力,验证所选电机推力是否满足要求。第三,控制系统设计:包括整体方案设计、基于AT90CAN128单片机的遥控控制行走设计。第四,人体下肢动作(站立、跳跃、行走、上楼梯)识别:搭建基于上—下位机的足底压力信息采集平台,采集数据;应用基于遗传算法的C-SVC算法在MATLAB软件及LIBSVM下,结合足底压力进行人体下肢动作识别仿真。第五,穿戴行走实验:加工装配实验样机,并进行外骨骼机器人穿戴行走实验,验证机器人的可穿戴性及助力功能。
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