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步态训练机器人骨盆控制机构研究

作　者: 毕秋吉
导　师: 张立勋
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 骨盆控制机构康复控制仿真半物理仿真实验研究
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要

疾病、老龄化、外伤以及交通事故等,都会给人的肢体留下不同程度的后遗症,给患者及其家庭带来不同程度的麻烦。而对其进行康复机器人的辅助训练,恢复其肢体的运动机能也是众多学者多年以来的研究方向。步态训练机器人主要是用于康复人体行走功能为目的的,但大多是以康复下肢为主要手段,而忽略了骨盆运动的重要性。人体的盆部上连腰椎下接双腿,是运动过程中的一个重要环节。协调的骨盆运动,是掌握正确步态的关键。临床实践证明通过盆训练能够显著提高患者下肢的步行能力,因此在步态训练过程中对人体盆部进行一定的康复训练,对患者恢复良好的运动状态是必要的、可行的。本文根据目前有关人体骨盆运动轨迹的研究现状,提出了一种四自由度骨盆控制机构的总体设计方案,并应用Pro/E三维设计软件进行了骨盆控制机构运动平台的总体结构设计,同时提出了一种骑坐方式的悬挂式重力支撑系统。本文所设计的四自由度机器人只有三个驱动源,属于欠驱动运动机器人。因此,对无驱动运动方向提出了两种约束方法,分别为对中弹簧不完全约束法和绳索半驱动约束法。利用SimMechanics构建的仿真模型进行了上述两种方法的控制仿真实验,理论上验证了两种方法的可行性。基于理论研究,通过dSPACE实时仿真平台进行了实验样机的半物理仿真实验研究,证实了理论分析的正确性和方法的实用性。完成了骨盆驱动机构的控制实验,系统运行平稳,跟踪误差达到设计目标,验证此骨盆控制机构设计的合理性和正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 概述  10-11
  1.2 课题研究现状  11-18
    1.2.1 国外研究成果  12-16
    1.2.2 国内研究成果  16-18
  1.3 课题主要完成工作  18-19
第2章机器人机构方案与设计  19-35
  2.1 前言  19
  2.2 骨盆控制机构原理及设计要求  19-21
  2.3 结构设计  21-27
    2.3.1 骨盆驱动机构  21-22
    2.3.2 欠驱动部分的选择配型  22-24
    2.3.3 骨盆支架的设计  24-25
    2.3.4 减重装置的选定  25-27
    2.3.5 最终整体结构设计  27
  2.4 电动缸的选型与设计  27-29
  2.5 静力学承载分析  29-32
    2.5.1 承重杆的静力学分析  29-31
    2.5.2 重力支撑座的分析  31-32
    2.5.3 骨盆架支座分析  32
  2.6 电机选型  32-34
  2.7 本章小结  34-35
第3章机器人控制建模与仿真  35-50
  3.1 前言  35
  3.2 骨盆控制机构控制原理  35-37
  3.3 驱动控制系统建模  37-42
    3.3.1 电机控制模型  37-38
    3.3.2 机构仿真模型  38-42
  3.4 骨盆控制机构的控制仿真  42-49
    3.4.1 对中弹簧连接方式  43-46
    3.4.2 绳索半驱动方式  46-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章骨盆机构控制实验研究  50-72
  4.1 前言  50
  4.2 整体控制方案  50-54
    4.2.1 控制方案的选择  50-51
    4.2.2 控制方案设计  51-54
  4.3 机构控制实验  54-62
    4.3.1 单电机伺服测试实验  54-58
    4.3.2 位置标定实验  58-62
  4.4 骨盆驱动机构控制实验  62-70
    4.4.1 完全欠驱动  63-64
    4.4.2 对中弹簧不完全约束法实验  64-67
    4.4.3 绳索半驱动约束法实验  67-70
  4.5 本章小结  70-72
结论  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

步态训练机器人骨盆控制机构研究

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