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多功能助行机器人控制系统设计与实验研究

张威

   多功能助行机器人是基于下肢运动障碍患者的辅助行走和康复训练而提出的,具有良好应用前景和社会价值。本文的主要研究目标是完成多功能助行机器人的控制系统设计,包括机器人控制器的软硬件系统设计,对其四种工作模式进行控制方法分析,并完成了基于半物理仿真平台的控制系统实验,与样机实验。 本文介绍了下肢康复机器人在国内外的发展现状,提出多功能助行机器人的总体设计方案。通过分析多功能助行机器人的机械本体结构,明确了机器人控制系统设计目标,提出多功能助行机器人控制系统总体方案。控制器采取ATmega128+FPGA的控制核心,通过实时采集控制指令与各传感器的反馈信号,实现对机器人各个驱动电机的高速并行驱动,有效完成机器人在各个模式下的运动控制。通过对各个工作模式下的康复工作原理进行分析,完成机器人控制器的软件设计,包括轮椅模式下的位置-速度控制方案、起坐模式下的开环控制方案、康复模式下的位置-电流控制方案以及助力行走模式下的位置-速度与位置-电流协调控制方案。并通过在控制系统仿真与建模工具Matlab/Simulink下的建模,结合半物理仿真平台dSPACE完成对各个模式下控制性能的调试。 研究完成的多功能助行机器人样机控制器在实验过程中,能够迅速反应使用者的操作意图,并且准确完成各个模式下的动作,具有实时性能好,定位精度高、运行稳定可靠的特点。控制系统达到设计目标,为本课题更深入的研究提供了理论依据和实际经验。……   
[关键词]:多功能助行机器人;机器人伺服控制器;半物理调试;样机实验
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年