检索结果-南通市图书馆

作者：田启磊青岛大学

学位级别：硕士

本文研究目标是设计一种具备方便、灵活易操作、低成本及实时性高的优势的步态示教方法,为社区、家庭提供长期专业的步态康复治疗。基于以上目标,本文提出基于脚背部单只惯性传感器数据,经坐标变换与逆运动学算法计算下肢三个关节转动角... 详细信息

本文研究目标是设计一种具备方便、灵活易操作、低成本及实时性高的优势的步态示教方法,为社区、家庭提供长期专业的步态康复治疗。基于以上目标,本文提出基于脚背部单只惯性传感器数据,经坐标变换与逆运动学算法计算下肢三个关节转动角度,实时地实现下肢外骨骼机器人的步态示教。为验证该方法的可行性和示教轨迹的一致性,本文应用惯性动捕设备穿戴于示教者下肢关节位置的三个惯性传感器实测的关节转角数据与外骨骼转角对比分析。本文主要研究工作如下:(1)提出基于单只惯性传感器的步态示教算法,并使用动捕设备下肢关节位置的三个惯性传感器实采的转角数据验证算法可行性。本文阐述了惯性传感器数据坐标变换过程,根据D-H参数法建立外骨骼下肢模型,进行逆运动学公式分析和推导,进而得到下肢三个关节的转角数据,控制下肢外骨骼做示教运动并验证算法的可行性。(2)使用SolidWorks对下肢外骨骼三维建模。在结构上将膝踝关节驱动电机上移,与上级驱动轴线保持一致,减小驱动电机转动惯量影响,使关节转动平顺。使用Simulink对下肢外骨骼做动力学系统仿真,验证动力系统的可靠性,通过验证可以得出所选电机满足驱动要求。(3)依据上述仿真结果,制作了一个含有髋关节、膝关节和踝关节的外骨骼腿实物样机,进而建立了由真实示教者、一只绑缚于示教者脚背面的惯性传感器、实物样机和控制系统组成的实测系统,基于本文自主开发的控制算法,实现了一个较完整的人机示教实验系统。为了验证本文算法实际应用的可行性,使用惯性动捕设备位于示教人员下肢关节的惯性传感器实采的关节转角数据与下肢外骨骼转角数据对比分析。经过对比分析,样机关节转角与惯性传感器实采的转角在时间上存在1 s以内的迟滞,角度误差在2°以内,能够满足步态康复训练需求,实时验证了基于单只惯性惯性传感器的步态示教的实时性和准确度,为社区或家庭患者提供更科学的步态训练打下基础。

关键词：下肢外骨骼步态示教动力学仿真被动康复

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利用惯性传感器数据实时示教下肢外骨骼步态的研究

引用

青岛大学学报（自然科学版） 2023年第1期36卷 54-59页

作者：田启磊王钰青岛大学机电工程学院青岛266071

为实时、灵活和方便地示教下肢外骨骼机器人的步态,提出利用惯性传感器实时示教步态的方法。通过示教者下肢末端的传感器,实时采集脚掌的位姿数据,再根据逆向运动学理论建立下肢各关节角的算法,从而实现每条下肢只需一只传感器即可示教... 详细信息

为实时、灵活和方便地示教下肢外骨骼机器人的步态,提出利用惯性传感器实时示教步态的方法。通过示教者下肢末端的传感器,实时采集脚掌的位姿数据,再根据逆向运动学理论建立下肢各关节角的算法,从而实现每条下肢只需一只传感器即可示教步态的要求。通过安放在小腿和大腿上的其他惯性传感器实测的数据,验证该方法可行性。研究结果表明,该方法时间滞后0.15 s,关节最大误差在2°范围内,能够实现步态的实时示教控制。

关键词：下肢外骨骼步态示教动捕系统惯性传感器

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