【摘 要】
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下肢外骨骼机器人是一种可穿戴式的仿生机器人,在军事作战和民用生活等领域,具有很大的研究价值,广泛的应用前景。本篇论文在查询国内外外骨骼助力机器人的发展情况,参考国内外设计的双足外骨骼机器人的前提下,了解人体步态行走规律,人体生理结构,研究和学习机器人步态分析方法,机器人控制的基础上,完成以下几个方面的工作:(1)外骨骼机器人机械结构设计。本文根据人体的身体比例,运用SolidWorks软件,完成了
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下肢外骨骼机器人是一种可穿戴式的仿生机器人,在军事作战和民用生活等领域,具有很大的研究价值,广泛的应用前景。本篇论文在查询国内外外骨骼助力机器人的发展情况,参考国内外设计的双足外骨骼机器人的前提下,了解人体步态行走规律,人体生理结构,研究和学习机器人步态分析方法,机器人控制的基础上,完成以下几个方面的工作:(1)外骨骼机器人机械结构设计。本文根据人体的身体比例,运用SolidWorks软件,完成了外骨骼机器人三维模型的建立。该外骨骼机器人一共有8个自由度。髋关节两个自动度,膝关节一个自由度,踝关节一个自由度。并且大腿和小腿的高度可以调节,能够适应身高在160cm~180cm之间的人并且各个关节都有机械限位,以保证使用者的安全。(2)研究外骨骼机器人数据采集系统。本篇论文研究,设计了实时的信息采集系统,该系统包括人体的关节角度信息采集系统,脚底压力信息采集系统,人机交互力信息采集系统。其中,关节角度的信息采集系统运用机器人逆向运动学完成关节角度的解算,然后通过机器人正向运动学完成外骨骼机器人模型的建立,从而实现了实时检测人体关节运动角度的功能。运用压力传感器实时的测量脚底压力,人机交互力,为外骨骼控制算法的实现提供了重要保障。(3)研究外骨骼机器人控制系统。外骨骼机器人控制系统主要包括底层控制系统和上层控制系统。底层控制系统主要是包括数据传输与处理,PID算法,NRF无线通信,CAN通信,DMA技术等。上层控制系统主要包括脚底压力,人机交互力,关节角度等数据的实时采集。之后将采集的数据通过EWMA滤波,回归拟合,数据插值等算法进行处理。对数据滤波,拟合完成以后,将关节角度方程参数化,并且结合人机交互力,实现外骨骼机器人自动适应人体运动特征的效果。最后通过WSSS和人机交互力以及脚底压力对外骨骼机器人系统进行评价。(4)外骨骼机器人的实验验证。外骨骼机器人实验主要包括外骨骼机器人的展示,外骨骼机器人上位机界面的展示,外骨骼机器人穿戴效果与数据的展示等。
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