基于运动状态机的搬运助力外骨骼系统研究.docx

基于运动状态机的搬运助力外骨骼系统研究

目录

内容描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.3研究目标与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

1.4技术路线与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

1.5论文结构安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

助力外骨骼系统总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

2.1系统设计目标与需求分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

2.2整体架构方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

2.3关键技术选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

2.4机械结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

2.4.1承力框架设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

2.4.2执行机构选型与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

2.4.3关节结构设计与仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

2.5控制系统方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

2.6功耗与散热设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

基于运动状态机的搬运步态规划．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

3.1搬运任务运动学分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

3.2步态规划需求与挑战．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

3.3基于状态机的步态逻辑构建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

3.4关键运动状态定义与切换．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

3.5步态参数优化与仿真验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

搬运助力外骨骼控制系统设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

4.1控制系统硬件平台搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

4.1.1传感器选型与布置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

4.1.2执行器驱动策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

4.1.3控制器硬件选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

4.2控制算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

4.2.1基于状态机的运动控制逻辑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48

4.2.2力/力矩辅助控制策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

4.2.3人机交互与协同控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

4.3软件系统开发．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52

4.3.1实时操作系统选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53

4.3.2控制程序流程设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54

4.3.3人机界面设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55

仿真分析与实验验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58

5.1仿真平台搭建与模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58

5.2系统整体运动学/动力学仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59