【摘 要】
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下肢外骨骼机器人是一种需要与人体结合帮助人体行走的仿生机器人。本文吸收学习了前人在外骨骼研究上的成果,自主对于人体步态特征进行了研究,根据研究中发现的人体步态规律,设计了一款新型机械结构的双腿下肢外骨骼,并对行走稳定理论进行研究,主要研究内容有以下几项:(1)外骨骼机器人机械结构的设计与加工制作。运用CAXA电子图板,SolidWorks,设计外骨骼机器人二维和三维图纸。选取合适的关节电机和谐波减
【基金项目】
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国家自然科学基金(51505069);
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下肢外骨骼机器人是一种需要与人体结合帮助人体行走的仿生机器人。本文吸收学习了前人在外骨骼研究上的成果,自主对于人体步态特征进行了研究,根据研究中发现的人体步态规律,设计了一款新型机械结构的双腿下肢外骨骼,并对行走稳定理论进行研究,主要研究内容有以下几项:(1)外骨骼机器人机械结构的设计与加工制作。运用CAXA电子图板,SolidWorks,设计外骨骼机器人二维和三维图纸。选取合适的关节电机和谐波减速器,要求扭矩足以带动人体关节转动,而且不能够过于沉重,转动速度不能太慢。该外骨骼机器人一共有八个自由度,每条腿的髋部有一个自动度,膝部有一个自由度,踝部有两个自由度。外骨骼要求适应不同腿长的使用者,并且设计的时候还需要考虑与人体结合的舒适感和紧密性,注意设置机械限位来保证使用者的绝对安全。(2)建立外骨骼和上位机之间的信号传输及控制系统。在外骨骼使用过程中,使用的传感器、上位机、下位机和外骨骼之间都需要进行数据通信,而且大多数地方都要求无线信号的传输。本文建立了一套可靠的信号传输及控制系统,能够让上位机接收传感器实时数据,并加以监测和计算,通过无线方式不断调节控制外骨骼行走。(3)对人体行走的步态进行研究。通过WSSS姿态传感器,脚底压力传感器,肌电信号传感器等采集数据,对人体行走中的一些特征进行分析,找出能保持人体行走稳定的一些规律,应用于外骨骼的稳定控制中。提出了一种保持外骨骼行走过程稳定的新方法。(4)对外骨骼机器人进行实验分析,展示外骨骼行走的过程。外骨骼在行走过程不断根据传感器接收到的数据,调节关节角度,保证外骨骼结合人体行走能够始终处于稳定状态。对比上位机运算的关节角度与各关节角度的实际值,验证信号传输及控制系统的可靠性。
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