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套装式机器人设计与实验研究

作　者: 包世萍
导　师: 王岚
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 套装式机器人运动学轨迹规划步行实验
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 166次
引　用: 1次
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内容摘要

套装式机器人是帮助老年人和体弱者独立行走的一种机器人。套装式机器人技术的研究,对于提高各种由疾病、交通事故引起的下肢运动功能障碍、运动和神经损伤的康复治疗效果有着重要的意义,同时对减轻社会负担也有着重要的实际意义。首先介绍了套装式机器人的国内外研究现状,在详细的分析套装式机器人技术难点的基础上,设计了机器人的总体方案。在机器人的结构设计中,依据拟人化的设计思想,考虑人体下肢的结构和运动特点,设计了具有8自由度的助力机器人。机器人的髋、膝关节分别由电机通过丝杠螺母机构驱动。根据人体膝关节的结构特点,采用优化设计的方法,设计了四杆仿生膝关节。控制系统的设计采用分散式的上下两级的控制方式。应用D-H法对机器人进行了运动学分析,建立了机器人的运动学方程。并且搭建了机器人单腿的SimMechanics仿真模型,对运动学方程进行了验证。根据获得的人体步态规律,采用三次样条插值的方法,对机器人髋、膝关节角度变化规律进行了规划。基于dSPACE建立了机器人单腿半物理实验系统,对机器人腿进行了位置闭环控制。主要进行了机器人单腿的空载阶跃、正弦响应和带负载步行实验,实验结果表明机器人能够实现步行规律,具有较强的负载能力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景和意义  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-17
    1.2.1 国内发展现状  11-12
    1.2.2 国外发展现状  12-17
  1.3 课题技术难点分析  17-18
  1.4 本文主要研究工作  18-19
第2章套装式机器人总体方案设计  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 人体步态分析  19-21
  2.3 机器人机构方案  21-24
    2.3.1 机器人主要结构设计参数  21-23
    2.3.2 驱动方式选择  23-24
  2.4 机器人控制方案  24-27
    2.4.1 控制系统设计原则  24
    2.4.2 控制方式的选择  24-25
    2.4.3 实验控制方案设计  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章套装式机器人整体结构设计  28-44
  3.1 引言  28
  3.2 机器人结构设计原则  28
  3.3 机器人结构设计要点  28-38
    3.3.1 机器人关节自由度分析  28-29
    3.3.2 机器人机构原理及驱动行程计算  29-32
    3.3.3 负载分析和驱动元件选型  32-38
    3.3.4 机构兼容性设计  38
  3.4 关节结构设计  38-39
    3.4.1 髋关节结构设计  38-39
    3.4.2 踝关节结构设计  39
  3.5 膝关节结构设计  39-43
    3.5.1 四杆机构分类和主要运动特性  39
    3.5.2 关节四连杆结构设计  39-43
  3.6 机器人总体结构  43
  3.7 本章小结  43-44
第4章机器人运动学分析  44-55
  4.1 引言  44
  4.2 机器人机构运动学分析  44-49
    4.2.1 D-H法  44-45
    4.2.2 机器人运动学  45-49
  4.3 仿真验证  49-51
  4.4 机器人关节运动规划  51-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章实验研究  55-66
  5.1 引言  55
  5.2 实验系统  55-57
    5.2.1 实验系统机械部分  55-56
    5.2.2 实验控制系统  56-57
  5.3 电路功能测试实验  57-58
    5.3.1 上下位机通信实验  57
    5.3.2 功率电路输出实验  57-58
  5.4 电机控制实验  58-65
    5.4.1 单电机空载伺服控制实验  58-60
    5.4.2 单电机带负载伺服控制实验  60-61
    5.4.3 连杆步行训练实验  61-63
    5.4.4 胶假人双缸步行训练实验  63-65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
致谢  72

套装式机器人设计与实验研究

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