基于力导纳模型的全方位移动助力机器人系统的设计与研究

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目前我国人口老龄化问题日益严峻,已经引起了社会的广泛关注。将智能机器人技术应用于助老康复领域,不仅可以提升老年人的身体机能,丰富老年人的精神生活,而且可以大大降低子女和社会的负担。  随着年龄的增长,老年人在步行过程中面临着许多问题。老年人步行速度较为缓慢,而且在步行过程中常常需要身体上的辅助。为了向老年人提供有效的步行辅助功能,本文设计了一种新型的全方位移动助力机器人,其主要包含两大功能:1)机器人实现零转弯半径;2)识别老年人的运动意图。本课题设计开发了全方位移动机器人平台,并在平台上安装六轴力传感器把手,用于识别老年人的运动意图,并控制机器人进行相关运动。本文完成的主要工作如下:  (1)分析全方位移动助力机器人实现原理。针对全方位移动技术,本文基于差速驱动原理建立了全方位移动机器人的运动学模型;针对机器人助力技术,本文建立力导纳模型并用于实现步行辅助功能。  (2)搭建全方位移动助力机器人控制系统。硬件控制系统方面,搭建了以工控机PC104为核心控制单元、控制器局域网CAN为通信接口的实时运动控制单元;软件控制系统方面,搭建了Linux和Xenomai双内核实时操作系统,并进行实时应用程序和非实时应用程序设计。  (3)进行全方位移动助力机器人性能验证。在研发全方位移动助力机器人实体样机之上,进行全方位移动特性验证实验和机器人助力特性验证实验。通过验证实验,所设计的全方位移动助力机器人获得良好的实验效果,基本符合预期实验设计。  通过介绍以上工作,本文已研发出全方位移动助力机器人,对当前助老装置的发展起到了一定的促进作用。
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