下肢外骨骼机器人控制系统设计与实验研究

"这篇上海交通大学的硕士学位论文详细探讨了下肢外骨骼机器人控制系统的设计与实验研究，旨在帮助偏瘫患者恢复行走能力。论文作者朱小标在导师谢叻教授的指导下，深入研究了该领域的最新发展，并进行了机械结构优化、运动学与动力学分析以及控制器设计。" 本文的重点在于下肢外骨骼机器人的驱动执行元件，这是机器人行走的关键组成部分。作者指出，驱动执行元件需要承受大的力矩并适应快速的速度变化。伺服电机作为首选驱动器，因其强大的过载能力、大的制动转矩和良好的可控性。直流伺服电机优于交流伺服电机，因为它产生的噪声更少，运行更平稳，反馈力更顺滑。有刷电机与无刷电机相比，虽然无刷电机具有电子换向的优势，但会产生脉动和扭矩纹波，因此论文选择了有刷伺服电机。此外，考虑到减轻电机重量和提高运行效率，论文选用瑞士Maxon公司生产的永磁式直流伺服电机，特别是采用空心杯绕组的电机，它们降低了转动惯量，使得电机运行更为平稳且响应更快。 具体到外骨骼机器人的应用，论文选用了RE40-148867型号的电机作为小腿部分的驱动电机，而RE50-370354型号的电机则用于驱动大腿部分。这样的选择旨在确保外骨骼机器人在步态控制中的稳定性和灵活性。 控制系统的构建是另一核心议题，涉及到步态规划控制器、电机/弹性驱动器的整合以及通信协议。论文中的"图4-3 下肢外骨骼步态控制系统流程图"展示了整个系统的架构，包括各个控制器与驱动执行元件的交互，以及如何通过控制器根据使用者的角度和速度信息来协调外骨骼与使用者的运动。 总结来说，这篇论文深入探讨了下肢外骨骼机器人的核心技术，包括驱动元件的选择、控制策略的制定，以及整个系统的集成与实验研究。这些研究成果对于推动医疗康复机器人技术的发展具有重要意义，为未来类似设备的设计和优化提供了理论依据和实践指导。