【摘 要】
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下肢外骨骼机器人用于辅助人体步态,减少人体能量消耗。对于下肢外骨骼机器人的研究,通常需要搭建模型探索原理和优化参数。本文提出了一种人体-外骨骼机器人的单元化建模方法,用于人佩戴外骨骼机器人情况下的运动学和动力学的计算,并将模型应用到外骨骼机器人的设计和控制优化上。首先,利用单元化建模思路将人机耦合模型分解为单元和连接,将人体部位和外骨骼机器人单元化抽象,通过将牛顿-欧拉迭代方程改写为单元化的递推公
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下肢外骨骼机器人用于辅助人体步态,减少人体能量消耗。对于下肢外骨骼机器人的研究,通常需要搭建模型探索原理和优化参数。本文提出了一种人体-外骨骼机器人的单元化建模方法,用于人佩戴外骨骼机器人情况下的运动学和动力学的计算,并将模型应用到外骨骼机器人的设计和控制优化上。首先,利用单元化建模思路将人机耦合模型分解为单元和连接,将人体部位和外骨骼机器人单元化抽象,通过将牛顿-欧拉迭代方程改写为单元化的递推公式,从而完成人机耦合模型的运动学和动力学计算。通过触地点算法、虚拟足部、浮空阶段运动学算法和动力学初始化算法实现了模型在步态数据输入下的可解性。通过动作捕捉系统和测力板,对模型的运动学动力学计算结果进行了初步实验验证。其次,基于模型对下肢外骨骼机器人进行了设计。通过对外骨构造区域进行数学化表达,结合寻优算法实现双被动外骨骼和四被动协同外骨骼的结构和参数设计。通过傅里叶级数对机电辅助力进行描述,结合寻优算法实现了踝关节机电外骨骼和髋关节机电外骨骼的输出力的控制曲线。最后,对模型进行java编程,实现了模型的跨平台调用。通过标准库匹配的步态预测算法,结合机电外骨骼传感器和蓝牙通讯,实现了模型在安卓端的部署。搭建了被动外骨骼样机进行了被动外骨骼的减代谢实验。在髋关节机电外骨骼机器人设置输出力进行了机电外骨骼的减代谢实验。
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