手臂外骨骼的控制及仿真研究

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1、＼燃㈣Y1437307分类号：——UDC：——工学硕士学位论文密级：——编号：手臂外骨骼的控制及仿真研究硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：李华召张今瑜教授工学硕士机械电子工程机电工程学院2008年3月哈尔滨工程大学哈尔滨T稃大学硕十学位论文摘要机器人技术是当代科学技术中发展最为活跃的领域之一，也是一个国家科技水平的体现，将机器人辅助治疗技术引入到偏瘫康复训练中，已经逐渐得到国内外研究人员的重视，并发展成为热门课题之一。外骨骼系统是机器

2、人研究领域中的一个分支，它是一种各关节与人体关节相一致，并依附于人体外部的机械系统。操作者与外骨骼之间可以进行直接的力及其它各种信息的传递，因此，非常适合用于康复医疗。论文依据手臂外骨骼的应用对象和偏瘫康复理论，确定了系统的设计目标和整体方案，并建立了手臂外骨骼的系统模型，进行了仿真分析和试验研究，主要内容如下：本文介绍了外骨骼技术的国内外发展现状和应用情况，提出了一种3自由度的手臂外骨骼系统结构方案。基于人体上肢各关节运动参数，对手臂外骨骼系统进行了运动学分析，推导出了运动学方程和正解、逆解的

3、表达式并建立了模型，通过对人体上肢运动仿真，验证了所建立的运动学模型的可行性。应用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics，建立了机构动力分析的仿真模型，设置各项参数执行仿真，从而得到机构的运动、动力数据，在此基础上，建立了系统的控制模型，并进行了轨迹控制仿真研究，为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据。利用dSPACE实时仿真平台进行了手臂外骨骼系统的半实物仿真试验，基于MATALAB／Simulink和dSPACERTIll03设计电机系统的速度闭环和位置闭环的模块

4、化程序，给出了速度闭环和位置闭环参数的优化结果，同时对负载造成系统的影响及系统实时性能进行了分析。实验证明所选电机达到了设计要求，工作性能稳定，控制精度良好，具有较好的可操作性。关键词：手臂外骨骼；Matlab仿真；轨迹跟踪；半实物仿真哈尔滨T程大学硕十学忙论文AbstractRoboticshasbecomingoneofthemostactivefieldsinthemodernscientifictechnology．Itistheembodimentofnations’sciencean

5、dtechnologylevel．Thetherapytechnologyofhemiplegiarehabilitationaidedbyrobothasgraduallyacquiredtherecognitionofthenativeandabroadresearchers，anditisbecomingoneofthehottestsubjects．Theexoskeletontechnologyisoneofembranchmentsoftherobottechnology．Itisa

6、llexternalstructuralmechanismwhosejointcorrespondtothoseofthehumanbody．Theexoskeletonallowsdirecttransferofmechanicalpowerandinformationsignals．Soitisveryappropriatetouseforrehabilitationofthosemovementfunctionaldisorderperson．Accordingastheapplicati

7、onobjectsandhemiplegiarehabilitationtheory,itwasconfirmedthedesignaimandthesystemscheme．Thesystemmodelwasestablishedandthesimulationofthearmexoskeletonswascarriedout．Themainresultsinthisdissertationaleasfollows．Thepaperatfirstsystematicallyoverviewst

8、hedevelopingandapplicationsituationofrehabilitativeexoskeleton，andputsforwardtheoverallstructureschemefora3DOFanTIexoskeleton．Basedonthemovementparametersofthevariousjointsofarms，thesolutionsofthearlnexoskeletons’kinematicsandinversekinematicsequatio