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外骨骼机器人设计和控制系统研究.pdf

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骨骼 机器人 设计 控制系统 研究
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分类号一.UDC1933376……密级——………一学 位 论 文外骨骼机器人设计和控制系统研究作者姓名:指导教师:申请学位级别:学科专业名称:论文提交日期:学位授予日期:评 阅 人 :】兆义林文强副教授现代设计与分析研究所硕士 学科类别: 工学机械设计及理论2008年1月2护 论文答辩日期: 2008年2月加2008年3月日 答辩委员会主席:屿、东墨7撤、锈弛!『东北大学.2008年1月。j i。j:I ij f+!A Dissertation in Mechanical Design and TheoryResearch Oil the D/㈣esign and Control ofExoskeleton Robotby Ding ZhaoyiSupervisor:Associate Professor Lin WenqiangNortheastern UniversityFebruary 2008独创性声明本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。一^,学位论文作者签名:rJ硼叙日 期:矽秒扩./.≯F学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师不同意网上交流,请在下方签名;否则视为同意。)学位论文作者签名:签字日期:导师签名:签字日期L_1●●__■■-rf:主沧丈夕|、骨骼:}囊嚣人设计和控制系统研究摘要搞.要外骨骼是一种可以让人穿戴的机械装置,它将人类的智力和机器人的“体力’’结合在了一起,依靠人的智力来控制机器人,通过机器人来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的任务的人机系统,在本课题中,通过对人体下肢骨骼运动机理的深入研究,采用伺服电机系统设计了一种新型的可穿戴式下肢步行外骨骼机构,并基于自适应模糊神经网络(ANFIS)控制理论,开展了下肢外骨骼的人机耦合控制策略研究。并且,在上述理论研究的基础上,开发出了一套下肢步行外骨骼的原型试验系统,包括机械结构的加工和组装、以及人机耦合的层次式控制框架的具体实现,该原型试验系统可作为今后开展进一步深入研究的实验平台。该项研究最终目标是实现步行外骨骼的穿着舒适性和行走平稳性,降低人在步行时所消耗的能量,减轻疲劳,并提高人体负重运动的快速性。新型可穿戴式下肢外骨骼系统的成功研制将有助于徒步行走携带更多的装备,行走更加机动、迅速、灵活,可以作为士兵或旅游者的代步工具。关键词:人机系统;下肢外骨骼:可穿戴式:自适应.II.,‘l■■■r【-Ir—Il-lH—vII●,.\.1,1J,.11◆一●,土东北大学硕士学位论文 Abs tract_-●--_-______一_一__-●●-●H_-__--__●_--__----__-_-______●-。-_--_-___●__-______-一●---一。。。一Research on the Design and Control ofExoskeleton Rob otAbstractExoskeletons for human performance enhancement are controllable and wearabledevices that can increase the strength,speed,endurance of the operator.The human providescontrol signals for the exoskeleton,whereas the exoskeleton actuators provide most of thepower necessary for performing the task.Exoskeleton leg is conceived tO be a wearabledevice to augment human’S walking ability and relieve human’S physical fatigue caused byexcessive walking by feet.It is a human—machine System.In this research,we are devoted to developing a wearable exoskeleton leg foraugmentation of human walking ability,which incorporates human as the integral part of thecontrol system and call assist human to cover longer distances for longer periods withover-mounted loads on a physical interface basis.The methodology of designing ananthropomorphic and adaptable exoskeleton leg is discussed,and a hierarchical controlsystem is employed to realize the desired function.In particular,a control strategy based onANFIS controller is explored,which directly associates the plantar pressure to thedisplacement of motor and proves to be promising by software simulation.Currently,theprototype experimental exoskeleton system has been developed to verify 0111“theoreticaloutcomes and further experiments will be performed on it.The ultimate goal of this project is to provide all insight into the methodology ofdeveloping a practical wearable exoskeleton device,which could provide soldier,fire fighters,disaster relief workers,and other emergency personnel the ability to carry major loads such asfood,weaponry,rescue equipment,and communications gear with minimal effort over anytype of terrain for extended periods of time.Keyword:Human.machine System;Lower Extremity Exoskeleton;Wearale Device;Augmentation.III、,●I审一L0..'■
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