论文部分内容阅读
下肢步行外骨骼是一种为人类提供行走助力的人机一体化机械装备,由于其服务对象的特殊性,相对于一般机械装备的控制系统而言,下肢外骨骼对其控制系统的性能提出了更高的要求。本文在深入分析人体下肢运动机理的基础上,提出了对人体下肢行走过程中起重要作用的十个自由度全部驱动的设计方案,使外骨骼在助力行走过程中最大限度地接近人体下肢的步态,从而为人类提供更为高效和舒适的行走助力。在充分考虑下肢外骨骼对控制系统性能的特殊要求后,本文提出了一种以嵌入式处理器ARM为上位机、高速数字信号处理器DSP为下位机、通过CANopen协议对十个驱动自由度进行协同运动控制的系统控制方案,并通过各项性能指标对该方案进行了可行性评价。基于上述控制系统方案,本文的主要研究工作集中在基于DSP与CANopen协议的下肢十驱动自由度的协同运动控制上,以实现下肢外骨骼按照固定步态轨迹进行运动。在基于DSP的十驱动自由度协同运动控制中,本文巧妙地将功能分解与模块划分思想应用进去,利用模块间邮箱动态分配的方式成功地解决了单个DSP同时控制十轴协同运动时信息邮箱数量不足的问题。除此之外,本文搭建起多自由度下肢外骨骼控制系统硬件原型,将控制方案进行系统实现,验证了基于DSP、CANopen协议的十轴协同运动控制方案的可行性。