髋关节助力外骨骼的设计与研究

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1、分类巧密级ｕＤｃｉｉ＾＾东《恣式乂攀ＮＡＮＪＮＧＵＮＶＥ区ＳｒｒＶＯＦＳＣＩ臣ＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＩ硕去学位论文髓关节助力外骨骼的设计与研究（题日和副题名）（作者姓名）指导獅姓名丽教授修圳黄新燕副教授学位类别王学硕壬学科名称机械电子工程研究方向教字化设计和制造论文提交时间２０１５．０１注１；注明《閣际ｈ进分类法ＵＤＣ》的类巧。＞声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加Ｗ标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布

2、过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学一历而使用过的材料。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名；＾壬年若月巧日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可Ｗ借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可Ｗ向有关部口或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名＜日；年＾月少硕±论文髓关节助力外骨酪的设计与研究摘要许多人需要在日常工作和生活中进行长时间或远距离的行走运动，如护±、城市环

3、卫工人、适足爱好者レッ及±兵等，长时间、长距离的行走经常会导致身体不适Ｗ及肌肉疲劳等症状，影响他们的工作效率与生活质量，长期性的肌肉疲劳更是引起肌肉，而且肌肉组织损伤对人体运动机能的损害是无法挽回的组织损伤的最主要原因。目前，我国对于治疗肌肉组织损伤的临床研究还比较少，虽然治疗肌肉组织损伤的方法颇多，但治疗效果均不理想。因此，为了对人体进行更好的保护，提高他们的工作效率及生活质量一，研究种便于穿戴、能够辅助人体下肢进行正常行走运动的装置十分必要。一运动辅助功能是外胥骼技术的重要应用领域之，外骨骼具有对人体运动过程快速跟随的能力，，在不改变人体运动状态的情况下

4、给人体提供辅助力具有环境适应性好、助力充分的优点。欧美，用外骨骼辅助人体行走将会极大的提升人体的运动机能一一及日本等发达国家直在外骨骼机器人技术的研究领域有着巨大的投入，并取得了系列成果。而我国对外骨骼技术的研究起步较晩，技术相对落后，且多集中于康复用外骨骼领域一。因此，本课题将开发套结构简单、控制方便的髓关节助力外骨骼系统。本文深入分析了外骨骼国内外的发展现状，讨论了各类外骨骼的特点。本设计根据实际需要选择了合适的外骨骼自由度个数，并根据人体运动生物力学设计了外骨骼半被动式驱动系统。完成了髓关节助力外骨骼机械结构设计，主要包括外骨骼自由度个数的选择与布置、

5、外骨骼与人体连接部设计。依据对髓关节的人体运动生物力学的分析一，外胥骼驱动机构被设计为半被动式驱动机构。在完成外骨骼机构设计的基础上，通过ＡＤＡＭＳ对外骨骼的驱动机构进行了运动过程仿真，验证被动式驱动系统的效果。一根据所设计的半被动式驱动系统的特点，，设计了种分阶段控制的控制方法在后支撑相，，、前摆动相和过渡相采用ＳＡＣ控制法实现外骨骼对人体的跟随仅依靠被动式驱动机构提供辅助力。在前支撑相和后摆动相采用输出力矩控制法，使外骨骼驱动电机输出合话的力矩，对人体提供辅助力矩。本设计选用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２作为外骨骼控制系统的处理器，采用ＤＳＰ芯片设计的控制系统具

6、有运算速度高的特点，能够充分满足外骨骼系统控制算法对实时性的要求。最后，设计了外骨骼控制系统的硬件电路，包括ＤＳＰ最小系统电路，双极性Ｈ桥驱动电路与电流检测电路。最后，搭建了外骨骼样机实验平台，通过实验验证了ＳＡＣ控制器和输出力矩控制器的实际效果。关键词，，ＳＡＣ，：外胥骼髓关节，行走助力，半被动式驱动系统力矩输出Ｉ－硕－上论文骼关节助力外骨髓的设计与研究ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｎｙｅｏｌｅｈａｖｅｔｏｓｅｎｄａｌｏｔｏｆｔｉｍｅｗａｌｋｉ打ｏｒｗａｌｋａｌｏｎｄｉ巧ａｎｃｅｉ打１；ｈｅｉｒｄａｉｌｙｐｐｐｇｇｗｏ

7、ｒｋａｎｄｌｉｆｅ，ｓｕｃｈａｓ，ｎｕｒｓｅｓ，ｓａｎｉｔａｔｉｏｎｗｏｒｋｅｒｓ，ｈ化ｅｒｓａｎｄｓｏｌｄｉｅｒｓ，ｗａｌｋｉ打ｇｔｏｏｍｕｃｈｏｆｔｅ打ｌｅａｄｓｔｏｐｈｙｓｉｃａｌｄｉｓｃｏｍ抗Ｉｔａｎｄｍｕｓｃｌｅｆａｔｉｇｕｅ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌａｆｅｃｔｔｈｅｉｒｗｏｒｋｅ－ｆｆｃｉｅｎｃａｎｄｌｉｆｅｕａｌｉｔｏｎｔｅｍｕｓｃｌｅｆａｔｉｕｅｉｓｔ