下肢外骨骼机器人动力学建模与控制分析

"下肢外骨骼机器人动力学分析 - 上海交通大学硕士学位论文" 这篇硕士学位论文主要探讨了下肢外骨骼机器人的优化设计及其动力学分析。下肢外骨骼机器人在运动仿真、机构分析和控制算法设计中具有核心作用，对于样机原型验证和迭代设计也至关重要。在动力学分析中，计算关节力矩是关键，这有助于设计关节和驱动器，以防止用户与外骨骼交互时产生不良影响。 动力学分析中忽略了关节的库仑摩擦力、速度依赖的粘性摩擦力以及足部与地面碰撞的能量损失。论文采用了拉格朗日方法来建立下肢外骨骼机器人的动力学模型。拉格朗日方程（2-6）表达了系统的动能（Γ）减去势能（U），而拉格朗日第二定理（2-7）描述了系统广义坐标（iλ）的微分与广义力矩（iξ）的关系。 通过这些分析，可以得到机器人的运动学方程，进一步微分后，如式(2-8)所示，可以推导出外骨骼的速度对应关系，其中v表示末端足部的速度，pγ表示平动速度，ω表示转动速度，Jq是下肢外骨骼的雅可比矩阵，qγ是关节角速度。 此外，论文还提到了下肢外骨骼康复行走机器人控制系统的设计。这类机器人旨在帮助偏瘫患者恢复行走能力，克服传统康复技术的局限，提供多样化的康复程序，并记录详细的步态数据以评估患者的康复进展。研究不仅关注机械结构的优化设计，确保无干涉和柔韧性，还结合正常人的步态数据来验证外骨骼机器人的合理性。 总体而言，该论文深入研究了下肢外骨骼机器人的动态特性，为机器人的控制策略和优化提供了理论基础，同时也为康复医疗领域带来创新性的解决方案。