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随着全球老龄化不断加剧与自然灾害不断增多,因中风和自然灾害而引起截瘫患者人数不断增多。在我国,下肢截瘫患者数量庞大,能进行现有人工的治疗患者很少,这将会导致截瘫患者终生躺在床上不能进行站立行走。助行动力外骨骼作为一种提供外动力驱动关节机器人装置,可为截瘫患者提供起坐、助力、助步、助行等功能,帮助其重新站立、行走,完成日常的基本活动,这对我国医疗服务事业具有重要的意义。 本文针对现有助行动力外骨骼机器人外形庞大、体积笨重、穿戴舒适性较差、步态轨迹控制与人机协调等相关研究不够完善等不足,在机器人结构、建模与仿真、控制系统等方面进行了详细的理论分析与相关实验研究。 从四种不同角度介绍了国内外助行外骨骼发展现状并对其进行总结,概括了今后应发展助行外骨骼的关键技术。根据人体下肢生理结构特点及下肢康复训练分析,设计了助行动力外骨骼机器人总体结构方案与总体控制方案,在总体方案基础上提出了机器人安全策略。 根据机器人结构设计,对助行动力外骨骼机器人进行了运动学与动力学建模及仿真分析,且进行了伺服控制仿真。并对机器人控制系统硬件与软件进行详细的设计,在此基础上,对控制系统安全保护进行了设计。 经过上述研究设计,研制出助行动力外骨骼机器人实验样机,基于DSPACE半物理仿真平台对机器人系统进行了实验研究,主要包括:伺服控制实验、单腿控制实验、双腿控制实验、不同运动模式的轨迹控制实验以及人机实验研究。