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下肢负重外骨骼机器人系统控制机理研究与实现
资料介绍
下肢外骨骼机器人是将人类的灵活性、智能性及其机动性同机械结构的机械动力结合起来组成的一个系统，在军事、生物医学、生活等领域得到了比较广泛的应用，结构设计遵循仿生学，骨骼比例以及运动关节位置能够很好的人体下肢匹配，能够跟正常人一样自如的完成行走，坐下等复杂动作，与穿戴者协调运动，同时还能够增强穿戴者的负重力、速度以及耐力，具有很好的市场前景。
本文运用仿生学的设计思想，从人体解剖学和外科骨骼学着手分析人体下肢各个运动关节在步行过程中的作用以及活动范围，通过对人体运动机理以及特征进行深入研究，结合人体工程学及运动学特征设计出一套能够快捷穿戴，并且腰部横梁及大小腿连杆的长度可以进行调节，能够很方便的让众多体型不同的人穿戴是外骨骼机器人样机机械结构。以零力矩点（ZMP）稳定性判据为机器人稳定理论基础，提出了一种基于零力矩点稳定判据，用三次样条对关节轨迹进行插值的步态控制策略。以PC机、STM32单片机以及六轴运动控制卡为核心设计搭建了外骨骼机器人控制系统的硬件平台。通过以太网总线和485总线完成了上位机与下位机的Modbus通讯协议。在此硬件平台上研发了一套应用于该系统的控制软件，能够实现自动、手动以及位置三种运动模式，可以实时监测每台电机的功率、电压、电流、温度等相关参数，并能显示出各个参数的波形变化情况。
完成了下肢外骨骼机器人样机试验平台的搭建，在此基础上对外骨骼机器人的样机系统完成了人体穿戴试验和行走步态测试试验，通过反复试验测试，验证了外骨骼机器人机械结构、硬件平台、软件平台的稳定性和可靠性，并验证了控制策略的可行性。
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