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    摘要近年来，我国老龄化进程的加快和肢体残疾人数的增多使得下肢外骨骼的研究逐渐被重视。所谓外骨骼就是一个融合了多学科技术的人机一体化装置。本文将对下肢外骨骼进行数学建模和控制策略研究，以期构建一款更安全舒适的下肢外骨骼。 首先对人体步态规律以及腿部结构做了详细介绍。在此基础上，结合机器人学设置下肢外骨骼的自由度和结构参数。其次对设计的下肢外骨骼进行数学建模。利用D-H模型分析其运动学，研究位姿与运动之间的关系。接着利用拉格朗日方程建立动力学模型，研究其控制力矩与运动之间的关系。最后根据运动学模型在现代仿真工具SimMechanics中建立实体模型，研究其控制方案。本文采用了简单的PID控制，对其阶跃响应以及正弦波响应进行分析讨论，得出可行性结果。22528
    毕业论文关键词  外骨骼  运动学模型  SimMechanics   PID控制
    Title Mathematical Modeling and Cooperative Control Strategy  Design of  Mechanical Motion Assistant Exoskeletons            
     Abstract
    In recent years,  with  the increase of aging  population  and  physical
    disabilities, more attentions have been paid  on studies of the lower
    extremity exoskeleton.  It is a man-machine integration device  and  fusion
    of multi-subject technology. This article will discuss on mathematical
    modeling and its coordinated control strategy in aim to designing a more
    safety and comfortable exoskeleton.
    Firstly, the law of human gait and leg structure is studied in details.
    On this basis  and  combining the  robotics，the freedom and the  structure
    parameters  of exoskeleton can be designed . Secondly, by using the D-H
    model,  the mathematical model will be established  to  analyze the
    relationship between the pose and motion.  Thirdly, by using Lagrange
    equation, a dynamic model which is to study the relationship between the
    torque and motion  is established.  Finally,  a modern simulation tool called   
    SimMechanics is used to set up the kinematics model. PID control is used
    in the article.  The step response and sine wave response have been analyzed
    to earn feasibility results.
    Keywords    Exoskeleton  Kinematics model  SimMechanics   PID control
    目   次
     
    1  引言 .  1
    1．1  选题依据和研究意义 ..  1
    1．2  国内外研究现状   1
    1．3  本文研究内容 ..  9
    2  下肢外骨骼结构设计 .  11
    2．1  人体行走的生物力学 .  11
    2．2  下肢外骨骼的结构设计 ..  12
    2．3  小结   14
    3  下肢外骨骼的数学建模 ..  15
    3．1  运动学模型   15
    3．2  动力学模型   20
    3．3  小结   26
    4  下肢外骨骼的仿真和控制方法研究 .  28
    4．1  基于SimMechanics的仿真 ..  28
    4．2  PID控制    31
    4．3  小结   36
    结  论 .  37
    致  谢 .  38
    参考文献 ..  39
     1  引言
    1．1  选题依据和研究意义
    1990年之后，我国的老龄化进程逐渐加快。在老龄化的过程中，老年人因为生理
    衰退而导致四肢能力逐渐下降， 这将对生活、社会造成种种不利影响。据统计，从1990
    年到2000年， 65岁及以上老年人口从6299万增加到8811万，占总人口的比例由5.57%
    上升为6.96%。预计到2040年，65岁及以上老年总人口的比例将超过20%，80岁及以上高龄老人也正以每年5%的速度增加[1]
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