氣動肌肉驅動的外骨骼助力系統(tǒng)研究.pdf

1、外骨骼助力系統(tǒng)是人的智能和機器人的機械能相結合的可穿戴裝備，廣泛應用于軍事、醫(yī)療以及災難救援等方面，來為穿戴者提供一定的助力。氣動肌肉作為一種新型氣動執(zhí)行器，相比于電機和液壓等傳統(tǒng)執(zhí)行器，與生物肌肉特性類似，具有功率質量比和功率體積比高，響應速度快、成本低廉、安全可靠、清潔無污染以及良好的柔順性等特點。由于其所具有的優(yōu)良特性，使得它越來越多的受到研究者的青睞。但國內(nèi)外所研究的氣動肌肉驅動的外骨骼助力裝置大多為身體局部康復機構以及上肢助力

2、機構，本文首次嘗試進行氣動肌肉驅動的外骨骼助力系統(tǒng)的研究，進一步深化氣動肌肉的應用。
　　本文以氣動肌肉作為驅動器，開展了外骨骼裝置的機構設計、氣動肌肉數(shù)學模型的建立、氣動肌肉的非線性控制研究、上下肢運動學動力學理論分析以及上肢負重能力實驗和下肢平地行走控制策略研究等，初步完成了外骨骼研究的基礎工作。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　第一，建立了人體坐標系，并分析了各個關節(jié)的運動形式.采用擬人化的設計方法，完成了外骨骼結構的設

3、計。
　　第二，搭建了氣動肌肉力學特性測試平臺，對氣動肌肉的靜力學等特性進行了實驗研究，建立氣動肌肉的多項式擬合模型，針對氣動肌肉的強非線性特性，設計了基于微分器的滑?？刂破鳎瑢胃鶜鈩蛹∪庳撦d系統(tǒng)進行了正弦位置跟蹤控制研究，驗證該控制器的有效性。
　　第三，分別建立了上肢和下肢外骨骼的運動坐標系，在此基礎之上，進行了上肢和下肢外骨骼的運動學正解和逆解的計算。利用拉格朗日方程和虛功原理，建立了上肢和下肢的動力學方程。利用三維