基于人機(jī)足端接觸力的下肢骨骼服擺動相隨動控制研究.pdf

1、穿戴式下肢骨骼服在工程領(lǐng)域體現(xiàn)出重大的應(yīng)用價值。隨動控制是骨骼服運(yùn)動控制的基礎(chǔ)，擺動相具有運(yùn)動速度塊、運(yùn)動靈活度高的特點，是隨動控制的難點，降低人機(jī)接觸力是隨動控制的核心目標(biāo)。針對現(xiàn)有的靈敏度放大控制、主從控制、人體生物信息反饋控制等方法存在的魯棒性差、系統(tǒng)復(fù)雜、適應(yīng)性低的問題，提出基于人機(jī)足端接觸力反饋的擺動相隨動控制方法，在設(shè)計人機(jī)足端接觸力測量裝置的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于骨骼服擺動腿動力學(xué)前饋及人機(jī)足端接觸力反饋的擺動相隨動控制系統(tǒng)架

2、構(gòu)，并通過仿真和實物實驗驗證理論研究的正確性。
　　首先，在深入分析人體足部生理結(jié)構(gòu)和足底受力規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維力臺實驗數(shù)據(jù)，制定了下肢骨骼服人機(jī)足端接觸力的測量方案；同時通過分析人體運(yùn)動步態(tài)周期，設(shè)計了觸地狀態(tài)檢測系統(tǒng)對步態(tài)周期進(jìn)行劃分；在此基礎(chǔ)上完成了足端接觸力測量系統(tǒng)的設(shè)計和樣機(jī)制作，并通過實驗驗證了足端接觸力測量系統(tǒng)在人體多種運(yùn)動狀態(tài)下足端接觸力測量的有效性。
　　其次，構(gòu)建了基于擺動腿動力學(xué)前饋及人機(jī)足端接觸力

3、反饋的擺動相隨動控制系統(tǒng)架構(gòu)，建立控制系統(tǒng)物理模型，解決擺動腿維持自身運(yùn)動所需關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩的動力學(xué)前饋問題；同時引入人機(jī)足端接觸力反饋回路，對由系統(tǒng)動力學(xué)模型誤差引入的控制偏差進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以達(dá)到降低隨動控制系統(tǒng)對動力學(xué)模型精度的依賴程度的目的；在此基礎(chǔ)上整合動力學(xué)前饋及人機(jī)足端接觸力反饋回路，形成完整的擺動相控制系統(tǒng)。
　　最后，建立了下肢骨骼服擺動腿的人機(jī)耦合虛擬樣機(jī)，并搭建聯(lián)合仿真平臺，對本課題設(shè)計的下肢骨骼服擺動相隨動控