1.2  外骨骼机器人现状 1

1.3  本文研究内容 6

2 上肢外骨骼机械结构设计 7

2.1 上肢结构分析 7

2.2 外骨骼参数选定 8

2.3 本章小结 9

3 四自由度增力型上肢外骨骼运动学分析 10

3.1四自由度增力型上肢外骨骼正运动学分析 10

3.2四自由度增力型上肢外骨骼逆运动学分析 13

3.3四自由度增力型上肢外骨骼雅可比矩阵计算 14

3.4 章节小结 18

4 四自由度增力型上肢外骨骼动力学分析 19

4.1 四自由度增力型上肢外骨骼正动力学分析 19

4.2 四自由度增力型上肢外骨骼逆动力学分析 29

4.3 章节小结 34

5 四自由度增力型上肢外骨骼控制仿真及分析 35

5.1 工作空间位置分析 35

5.2基于时滞估计的智能PID控制 35

5.3 基于增力型外骨骼系统仿真 42

5.4 本章小结 47

结  论 48

致  谢 49

参考文献50

1  引言

1.1  研究背景

手臂是人体非常重要的一部分，它在人们的日常生活中承担着不可或缺的作用，也因为如此，它也比较容易受到伤害。在我们的日常生活中，存在着许多由于各种原因手臂受到伤害不能正常工作的人。同时，每天在医院、码头等地有着各种高强度体力劳动者，他们的手臂或多或少都受到了一定的伤害。因此，如何能够开发类似昆虫的外骨骼那样，使健康或残障人士能戴在身上[1]，提高手臂力量，增加机能，从而轻松抓举或者搬运重物，是整个科学界的发展目标。

1.2  外骨骼机器人现状

1.2.1  外骨骼机器人分类

1.2.2  典型外骨骼机器人

1.2.3 研究现状总结

1.3  本文研究内容

本文主要就四自由度上肢机械外骨骼展开讨论，通过研究外骨骼的运动学和动力学对选定的增力型上肢外骨骼进行建模，并且针对其增力机理进行研究，然后利用Matlab/Simulink 仿真方法对此进行仿真。具体内容如下所述：

第一章介绍研究的背景，概括增力型上肢外骨骼国内外的发展状况然后选取其中典型的外骨骼机器人进行描述并总结，为接下来的研究内容做铺垫。

第二章将介绍人体上肢结构设计，对参数的选定进行分析，首先了解人体上肢的各个自由度，以及上肢关节的运动情况，根据现有的结果选定外骨骼的各类参数范围。

第三章对选定的增力型上肢外骨骼进行运动学建模并分析其正运动学，逆运动学以及雅可比矩阵，并对雅可比矩阵的应用进行了介绍。

第四章将对选定的增力型上肢外骨骼进行动力学建模。动力学建模中，利用拉格朗日方程法，分析其正动力学问题，并且利用拉格朗日方程法对逆运动学进行了研究。

第五章将对构建的上肢外骨骼模型进行控制策略研究，研究了外骨骼末端在空间中的运动轨迹，使用 Matlab/Simulink 对各个关节角度的跟踪误差以及控制力矩进行仿真，对比其控制效果。