下肢外骨骼机器人弹性驱动控制与仿真分析

"这篇上海交通大学硕士学位论文探讨了下肢外骨骼机器人的控制策略及仿真研究，重点关注了弹性驱动器在其中的应用。论文作者为朱小标，指导教授为谢叻，属于材料工程专业。" 在下肢外骨骼机器人领域，控制策略的设计至关重要，因为它直接影响到机器人的性能和使用者的安全。本论文的第三章详细阐述了弹性驱动器的机械结构和工作原理。弹性驱动器是一种创新的驱动机制，它通过电机驱动滚珠丝杠，将旋转运动转化为直线运动，并在丝杠螺母中引入弹簧，从而实现驱动输出件的平滑移动。这种设计能够有效地隔离电机产生的振动，防止其传递到下肢外骨骼设备，降低对使用者的影响。 论文中提到了弹性驱动器的基本运动学模型，公式(3-1)描述了弹性驱动器输入位移(Xi)、输出位移(Xo)、弹性系数(K)、弹簧阻尼系数(D)以及弹性输出件质量(M)之间的关系。具体地，K表示弹性驱动器的弹性刚度，单位为N/mm；Xi和Xo分别表示输入和输出位移，单位为mm；D代表弹簧阻尼系数，单位为N/(mm/s)；M则是弹性输出件的质量，单位为kg。论文中假设的理想化参数为K=3 N/mm，D=0.3 N/(mm/s)，M=1kg。 动力学分析揭示了弹性驱动器在实际应用中的动态特性。通过调整这些参数，可以优化驱动器的性能，使其更适应下肢外骨骼机器人的需求。论文还涉及到下肢外骨骼康复行走机器人的控制系统设计，包括机械结构优化、运动学与动力学分析，以及正常人步态验证，以确保机器人的结构合理性和功能性。 下肢外骨骼康复机器人作为一种医疗康复设备，能够辅助偏瘫患者恢复行走能力。与传统康复技术相比，它具有多样的康复训练方式、可编程的训练计划，并能记录详细的步态数据，方便评估患者的康复进展。本课题的研究成果有助于推动这一领域的技术进步，为未来开发更先进、更人性化的康复机器人奠定了基础。