人工肌腱的外骨骼控制系统的研制

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外骨骼机器人本质上是一种可穿戴机器人,即穿戴在使用者身体外部的一种智能机电一体化设备,同时又融合了传感原理、高等运动、信号系统、计算机学等机器人技术,在为使用者提供了诸如人体保护、运动助力等功能的基础上,还能够在使用者的控制要求下完成一定的功能和任务。随着人类社会的不断发展,外骨骼机器人将在越来越多的行业扮演极其重要的角色。  本文基于人机耦合控制策略以及人体运动步态规律,开发了一套以液压套索为人工肌腱的外骨骼控制系统。本文着重对外骨骼机器人所使用的硬件控制平台进行了详细的分析、设计和实现,包括CAN通讯适配卡的设计与实现、系统电源板的设计与实现、关节控制驱动器的设计与实现等。本文针对外骨骼控制系统的液压控制元件和多种传感器进行了分析和设计,其中着重介绍了二维力传感器的设计,包括设计要求,设计效果,应力分析,实验测试,设计对比,结果分析等等。除此之外,本文还设计了外骨骼控制系统的软件,包括CAN通信高层协议的编写、关节控制驱动器中PID闭环控制算法、人机交互界面设计、通讯接口程序设计等。最后,本文描述了在研制出的外骨骼机器人样机上进行的实验,分析了实验现象、研究了所得的实验数据,并对外骨骼样机的运动提出了评估和改进方案。
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