下肢外骨骼机器人单关节控制策略与弹性驱动器性能研究

本章节深入探讨了下肢外骨骼机器人单关节控制策略，这是上海交通大学硕士学位论文的核心部分，由朱小标同学在导师谢叻教授的指导下完成。研究针对的是康复行走机器人，特别是针对下肢外骨骼机器人的设计与控制，这在康复医学领域具有重要意义。 首先，作者分析了外骨骼机器人单关节运动的控制策略，采用马克森伺服电机进行闭环伺服控制，这种控制方式能够有效地跟踪位置和速度，提高电机的控制效率。在引入弹性驱动器后，控制策略的重点转向了对弹性驱动器性能的理解和利用。弹性驱动器如直线和旋转驱动器，通过弹簧元件提供柔性，减少了外部干扰对机器人的影响，并提升了系统的频率响应，增强了机械结构的柔韧性和抗冲击能力。 对于弹性驱动器的控制，论文着重进行了性能分析，包括力学性能和位移性能研究。通过在弹性驱动器弹簧处添加传感器，可以监测其力学特性，这对于实现闭环控制至关重要。此外，通过对弹性驱动器在机器人行走过程中产生的位移性能分析，有助于评估其对动力学的影响，并验证其隔振性能，这对于保证机器人的稳定性和使用者舒适度至关重要。 在设计上，该研究注重机器人的机械结构优化，避免了干涉问题并增强其运动灵活性，同时结合正常人步态进行运动学和动力学分析，确保机器人设计的合理性和实用性。单关节控制策略的引入使得整个控制系统得以简化，提高了控制的实时性和精度。 本章内容涵盖了下肢外骨骼机器人单关节控制策略的理论基础、技术实现以及其实用性验证，为康复行走机器人的实际应用提供了重要的理论支持和控制方法，对于推动外骨骼机器人在医疗康复领域的应用具有深远影响。