助力行走机器人的结构改进及控制策略研究

论文摘要

助力行走机器人的开发一直是机器人研究领域的重要分支,和其他仿人机器人系统一样,助力行走机器人系统同样也是多学科、多技术、多领域的集成。目前的纯粹步行机器人虽然已经可以进行基本行走,但是还远远不能达到人体行走的快速性、稳定性和协调性,在康复医学以及智能假肢的发展,以及理论性的延伸的基础上,我们把助力行走机器人引入进来,通过机器人与人的配合达到助力行走的效果,不但借助了人体的平衡性与协调性,而且又可以发挥机器机构的动力性。本文在前面几届研究的基础上,更加深入的对助力行走机器人进行了研究。在机械结构方面,应用PRO/E进行了结构上的改进。主要进行了结构的微调、限位结构的设计、脚底板的设计和自由度的改进。这样就更能贴近拟人化,让穿着的人感到舒适和方便。在信号采集方面,应用增量编码器,借助制作实验室的运动控制系统做了角度信号的采集,为数据环节的处理提供了准确的数据。在控制策略方面,应用自适应模糊神经网络(ANFIS)控制理论和步态补偿理论的方法,开展了助力行走机器人控制策略研究。建立了压力信号和角度信号的模糊对应关系,为助力行走阶段提供数据处理核心。该项研究最终目标是实现步行外骨骼的穿着舒适性和行走平稳性,降低人在步行时所消耗的能量,减轻疲劳,并提高人体负重运动的快速性。助力行走机器人系统的成功研制将有助于徒步行走携带更多的装备,行走更加机动、迅速、灵活,可以作为士兵或残疾人的代步工具。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景和意义
• 1.3 助力行走机器人国内外研究现状
• 1.4 助力行走机器人技术难点分析
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 小结
• 第2章 助力行走机器人的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 助力行走机器人机械结构整体标定
• 2.2.1 助力行走机器人的材料,尺寸和自由度的整体标定
• 2.2.2 关节部分结构总体标定
• 2.3 助力行走机器人控制系统流程及理论依据
• 2.3.1 控制系统流程
• 2.3.2 控制系统理论依据
• 2.4 小结
• 第3章 助力行走机器人的结构改进
• 3.1 引言
• 3.2 总装系统的微调
• 3.3 脚底板的结构改进
• 3.4 膝关节和髋关节的限位结构
• 3.5 髋关节自由度改进
• 3.6 其他地方的结构改进
• 3.7 小结
• 第4章 助力行走机器人控制策略的研究
• 4.1 引言
• 4.2 助力行走机器人控制系统的设计
• 4.2.1 助力行走机器人控制系统的难点
• 4.2.2 助力行走机器人控制系统的设计原则
• 4.2.3 助力行走机器人控制系统框架
• 4.3 助力行走机器人控制系统操作方案
• 4.3.1 数据综合处理
• 4.3.2 助力行走
• 4.4 小结
• 第5章 角度信号的采集
• 5.1 引言
• 5.2 角度信号采集的参数设置及流程
• 5.2.1 角度信号采集的参数设置
• 5.2.2 角度的采集系统的流程图
• 5.3 编码器信号采集
• 5.4 编码器信号的处理
• 5.4.1 编码器的判向
• 5.4.2 编码器的细分技术
• 5.5 角度信号采集系统的调试
• 5.6 小结
• 第6章 系统实现及数据调试
• 6.1 引言
• 6.2 机械结构的实现
• 6.2.1 驱动元件的选型
• 6.2.2 传感元件设计与选型
• 6.3 控制系统的实现
• 6.4 数据处理调试
• 6.4.1 自适应神经网络模糊推理系统模型的建立
• 6.4.2 数据的处理
• 6.5 上位机人机平台的建立
• 6.6 小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录A 角度采集部分程序
• 附录B ANFIS处理程序