剛柔混聯(lián)下肢康復機器人繩索力優(yōu)化及柔順性控制研究.pdf

1、近年來，隨著人們生活質量的提高，服務型機器人受到社會廣泛關注，其中幫助運動功能障礙患者進行康復訓練的機器人也快速發(fā)展起來。因繩牽引并聯(lián)機構具有機構布置容易、柔順性好等特點，所以更能滿足康復訓練中的機器人構型需要和柔順性要求，增強患者在康復訓練中的有效性和安全性。因此，研究繩牽引下肢康復機器人繩索力及其柔順性控制具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本課題是在國家自然科學基金（51405095）、哈爾濱市科技創(chuàng)新人才專項資金（2014RFQXJ

2、037）及黑龍江博士后科研啟動金（LBH-Q15030）資助下進行的。主要內容如下：
　　首先，根據(jù)步態(tài)訓練需要，建立了剛柔混聯(lián)機器人構型，依據(jù)機器人構型的驅動冗余度，利用廣義逆g逆與Drazin逆，建立了繩索力優(yōu)化模型，并通過MATLAB對模型進行了仿真分析，求解出繩索力變化規(guī)律。利用所提出的衡量繩索驅動力性能指標，對比分析不同驅動冗余度下繩索驅動力的性能，為機器人繩索設置提供了依據(jù)。
　　其次，建立機器人系統(tǒng)動力學模型，

3、并依據(jù)繩索驅動單元的數(shù)學模型，分析繩索剛度系數(shù)K與繩索阻尼系數(shù)B對繩索驅動單元頻率特性的影響，進而分析剛柔混聯(lián)下肢康復機器人的被動柔順性。考慮到訓練者與機器人直接接觸，為了保證訓練者在康復訓練中的有效性和安全性，建立基于力內環(huán)、位置外環(huán)的阻抗控制策略，使系統(tǒng)具有主動柔順性特征，同時考慮外界擾動，在阻抗控制中加入前饋控制，構成繩索驅動單元的復合控制策略，實現(xiàn)抵抗擾動干擾提高跟蹤效果。利用MATLAB/Simulink對系統(tǒng)控制性能進行仿真