康复减重支撑系统的设计与分析

论文摘要

减重支撑系统是近年来发展起来的一种新的康复机器人,用于康复运动神经。它在恢复步行能力、纠正步态、改善平衡、减轻肌肉痉挛及减少心肺负荷等方面较传统治疗均有很大优势,它已发展至现今的气压型减重系统。气动系统由于价格低廉、结构简单、工作可靠、无污染等优点,在工业生产中得到越来越广泛的应用。气动比例技术的出现,使气动系统从逻辑控制领域扩展到比例/伺服控制领域。但是由于气动系统固有的非线性、刚度小、阻尼比小以及固有频率低等缺点,使得气动比例技术进展缓慢,其控制精度和工作性能难以达到理想的效果,从而限制了气动系统在工业领域中的推广及应用。本文对由比例方向阀和单活塞杆气缸组成的气动控制系统特性进行研究的基础上,通过对控制策略的理论研究和仿真分析,实现了气动系统的控制。本文具体做了以下几个方面的研究工作：(1)简述减重支撑系统现状、介绍其工作原理并分析其优缺点。(2)提出设计方案并简述工作原理。(3)对系统进行机械结构设计并对主要零件进行校核。(4)利用传递函数对气动位置控制系统和气动力控制系统进行建模并用PID矫正,分析系统性能。(5)对气动位置控制系统和气动力控制系统进行非线性建模并用PID矫正,分析系统性能。研究结果表明,气动位置控制系统仿真效果较好,而气动力控制系统由于气缸摩擦力作用,很难实现较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与目的
• 1.2 研究方案
• 1.3 几种主动动力系统
• 1.3.1 LOKOlift系统
• 1.3.2 走路训练机器人（A）
• 1.3.3 走路训练机器人（B）
• 1.3.4 国外的一个专利
• 1.4 设计方案
• 1.4.1 系统的组成及工作原理
• 1.4.2 此系统特点
• 1.5 课题研究的内容
• 第2章 机械结构设计
• 2.1 气缸的选择
• 2.2 气缸脚架安装件的选择
• 2.3 气缸座的设计
• 2.4 滑轮的选择
• 2.5 底板设计
• 2.6 支撑管的选择、设计与校核
• 2.6.1 支撑管的选择
• 2.6.2 支撑管的设计
• 2.6.3 支撑管的校核
• 2.6.4 支撑管直径的确定
• 第3章 利用传递函数对气动伺服控制系统建模
• 3.1 阀控缸气体基本方程
• 3.1.1 气缸两腔流量连续性方程
• 3.1.2 气缸两腔的压力微分方程
• 3.1.3 流经节流口的气体质量流量方程
• 3.1.4 气缸摩擦力特性
• 3.2 气动缸大腔（a腔）进压力气体
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 确立建模方程
• 3.3 气动缸小腔（b腔）进压力气体
• 3.3.1 基本方程
• 3.3.2 确立建模方程
• 3.4 气动控制系统的方框图
• 3.4.1 气动位置控制系统的方框图
• 3.4.2 气动力控制系统的方框图
• 3.5 气动比例阀模型
• 3.6 在气动力控制系统中气缸负载力F与实际张力关系,气缸位移y与实际人重心变化关系
• 第4章 利用传递函数对气动控制系统仿真
• 4.1 模型基本参数
• 4.2 气动位置控制系统的仿真
• 4.2.1 模型参数
• 4.2.2 气动位置控制系统的仿真
• 4.3 气动力控制系统的仿真
• 4.3.1 模型参数
• 4.3.1.1 求稳定工作点
• 4.3.1.2 求模型中各个系数
• 4.3.2 气动力控制系统的建模
• 4.3.3 气动力控制系统的仿真
• 4.4 单向通道与双向通道的比较
• 4.4.1 位置控制
• 4.4.2 力控制
• 第5章 气动控制系统非线性建模及仿真
• 5.1 气动控制系统的建模方程
• 5.2 对气动位置控制系统搭建simulink仿真模型
• 5.3 对气动位置控制系统进行simulink仿真
• 5.4 对气动力控制系统搭建simulink仿真模型
• 5.5 对气动力控制系统进行simulink仿真
• 5.6 考虑比例阀死区时气动控制系统的建模及仿真
• 5.6.1 气动比例阀的模型
• 5.6.2 对气动位置控制系统进行simulink仿真
• 5.6.3 对气动力控制系统进行simulink仿真
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢