下肢外骨骼机器人步态分析与控制系统设计

"上海交通大学硕士学位论文——下肢外骨骼机器人优化设计及动力学分析与下肢外骨骼康复行走机器人控制系统设计" 这篇硕士学位论文深入探讨了人体下肢步态研究及其在下肢外骨骼机器人设计中的应用。下肢外骨骼机器人旨在与用户进行交互，因此在设计时需要考虑人体的柔韧性和关节运动空间，以确保良好的人机互动，并适应不同使用者的需求。在控制系统设计之前，对机器人的运动学和动力学进行分析至关重要。运动学分析关注各关节运动与整体运动的关系，而动力学分析则用来计算关节驱动力矩，预测人机交互过程可能出现的问题，为控制系统设计提供理论支持。 论文特别强调了人体下肢步态研究的重要性，因为行走是人类活动中重复最多的动作。步态周期通常分为站立相（约占62%）和摆动相，两者共同构成了一个完整的行走周期。通过对步态周期的分析，可以更好地理解和设计下肢外骨骼机器人的行走功能，同时为预测人机交互的行走状态提供依据。 在下肢外骨骼康复行走机器人的部分，论文提到了这种机器人在帮助偏瘫患者恢复行走能力方面的潜力。它们能够克服传统康复技术的局限，提供个性化的康复方案，并能记录详细的步态数据以评估患者的康复进度。论文还涵盖了对外骨骼机器人的优化设计，包括避免机械结构的干涉和增强其柔韧性，以及通过运动学和动力学分析验证机器人结构的合理性。 在控制系统设计阶段，外骨骼的运动学分析用于定义单个关节的运动，这有助于确保机器人的动作能够准确匹配人体的步态。此外，动力学分析则用于计算所需扭矩，这对于设计能够有效驱动关节并支持患者行走的控制算法至关重要。 这篇论文不仅提供了对人体下肢步态的深入理解，还展示了如何将这些知识应用于下肢外骨骼机器人的优化设计和控制系统的构建，从而为康复医学领域带来创新解决方案。