下肢外骨骼步态规划研究：ZMP实时校正策略

"这篇毕业论文主要探讨了基于动作捕捉系统的下肢外骨骼的步态规划研究，旨在解决适配性差、稳定性不强和跟随性不足的问题。论文首先对人体下肢运动进行了深入分析，设计出符合人体运动特性的下肢外骨骼结构。利用光学式动作捕捉系统收集正常行走的步态数据，通过数据处理和傅里叶函数拟合为步态规划提供依据。接着，建立了下肢外骨骼的运动学和动力学模型，通过D-H坐标系进行建模，并运用正逆运动学分析和拉格朗日动力学方程进行验证。为了提高行走稳定性，论文采用了倒立摆模型和ZMP实时校正策略。在ADAMS和MATLAB联合仿真的基础上，对比分析了优化前后各关节的运动轨迹，实验结果显示ZMP实时校正策略提高了行走稳定性。关键词包括下肢外骨骼、动作捕捉、ZMP稳定性分析、步态规划和运动仿真。" 这篇毕业论文详细阐述了如何利用科技手段优化下肢外骨骼的步态规划。作者首先对人体下肢的生物力学特性进行了研究，设计了一款能够紧密配合人体运动的下肢外骨骼结构。通过光学动作捕捉系统，收集了人体正常行走时的步态数据，这些数据经过三项样条插值法填充缺失值、平滑处理和傅里叶函数拟合，为后续的步态规划提供了精确的数据基础。 接下来，论文构建了下肢外骨骼的运动学和动力学模型，采用标准的Denavit-Hartenberg(D-H)参数法进行建模，进行正逆运动学分析，利用MATLAB的Robotics Toolbox进行模型验证。进一步，通过拉格朗日法建立了动力学方程，以全面理解外骨骼的动力行为。 在稳定性方面，论文引入了倒立摆模型，结合Zero Moment Point (ZMP) 稳定性理论，提出了ZMP实时校正策略，优化实际输出的步态轨迹，以增强行走过程中的稳定性。通过ADAMS软件进行运动仿真，比较了ZMP校正前后的关节运动轨迹，实验结果证实了这一方法的有效性。 总体来说，这篇论文通过结合生物力学、运动学、动力学和控制理论，成功地设计了一个能够更好地适应人体步态、具有更高稳定性的下肢外骨骼系统，对于医疗康复、工业应用以及日常生活中的下肢辅助设备有着重要的实践意义。