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研究生:林威翰
研究生(外文):Wei-Han Lin
論文名稱:穿戴式下肢型外骨骼機器人之開發與步態實測
論文名稱(外文):The Development of the Wearable Lower-Body Power Assist Robot Suit and Gait Realization
指導教授:陸冠群陸冠群引用關係
指導教授(外文):Guan-Chun Luh
口試委員:陸冠群
口試委員(外文):Guan-Chun Luh
口試日期:2014-07-29
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:機械工程學系(所)
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:可穿戴式下肢型動立輔助機械裝步態理論機電控制電路
外文關鍵詞:wearable lower-body power assist robot suitmechatronics of the systemgait theory
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本論文目的在於研發一具可穿戴式下肢型動力輔助機械裝,包括機構設計、模擬、製作及組裝,並建構機電控制電路,以四顆馬達扭力為輸出,並以實驗驗證下肢助力機械裝在行走步態等動作之性能。
The purpose of the thesis is to develop a wearable lower-body power assist robot suit, consisting of the bio-mechanism design, stimulate the kinematics of the mechanism, consequently manufacture and assemble it. Moreover, constructed the mechatronics of the system which has four motor torque outputs and evaluate the walking motion of the lower limb assist robot suit experimentally.
致謝i
摘要ii
Abstractiii
目次iv
圖次vii
表次x
第壹章 緒論1
第貳章 文獻回顧3
第一節發展起源3
第二節發展現況4
第参章 系統架構13
第一節自由度13
第二節機構設計圖15
第三節機構設計17
一、自由度17
二、長度伸縮機構19
第四節硬體架構21
一、系統架構21
二、控制器23
三、麥柯昇直流馬達24
四、諧和式減速機25
五、KHK傘齒輪26
第肆章 步態理論27
第一節步態週期27
第二節下肢功能30
第三節 步態平衡31
第伍章 實驗結果與討論32
第一節實驗設置32
一、角度定義32
二、下肢關節角度活動範圍33
三、角度換算編碼器quad-counts(qc)值33
四、位置控制33
第二節運動軌跡模擬35
第三節步態截取方法38
一、一般人行走步態38
二、工研院步態40
第四節實驗結果41
一、一般人行走步態41
二、工研院步態48
第陸章 結論與未來展望56
第一節結論56
第二節未來展望56
參考文獻57

圖次
圖2-1:Nicholas Yagn的行走輔具3
圖2-2:William W. Anderson的行走輔具4
圖2-3:Hardiman機器人4
圖2-4:MIT下肢外骨骼機器人5
圖2-5:洛克希德‧馬丁公司的HULC5
圖2-6:加州大學柏克萊分校的BLEEX6
圖2-7:柏克萊仿生技術公司的eLEGS7
圖2-8:HERCULE外骨骼機器人8
圖2-9:日本筑波大學及Cyberdyne公司的HAL9
圖2-10:日本Cyberdyne公司的HAL-59
圖2-11:本田公司的體重支持型行動輔具10
圖2-12:本田公司的步幅管理型行動輔具11
圖2-13:豐田公司的自立步行助手與步行練習助手11
圖2-14:清大動力機械所的HALLO輔具12
圖3-1:下肢關節圖14
圖3-2:三視圖及等角視圖15
圖3-3:爆炸視圖16
圖3-4:諧和式減速機17
圖3-5:第一代腳踝機構18
圖3-6:第二代腳踝機構18
圖3-7:本國勞工人體尺寸資料庫19
圖3-8:(a)大腿機構(b)小腿機構20
圖3-9:下肢型外骨骼機器人21
圖3-10:後背板上4顆EPOS2控制器22
圖3-11:系統架構圖22
圖3-12:EPOS2 50/5數位控制器23
圖3-13:(a)RE50與(b)RE40直流馬達24
圖3-14:(a)SHD-25及(b)SHD20諧和式減速機25
圖3-15:KHK直齒傘型齒輪26
圖4-1:步態週期27
圖4-2:姿態劃分28
圖5-1:關節角度值定義32
圖5-2:位置模式方塊圖34
圖5-3:連桿與角度配置36
圖5-4:推導後之連桿與角度配置36
圖5-5:髖關節運動角度39
圖5-6:膝關節運動角度39
圖5-7:工研院「激立」步態40
圖5-8:一週期步態截取範本42
圖5-9:直線步行實驗44
圖5-10:命令與實際值及相對誤差曲線圖46
圖5-11:命令值與實際值步態曲線圖47
圖5-12:右腳關節在各個姿態相位之角度命令值與實際值49
圖5-13:左腳關節在各個姿態相位之角度命令值與實際值50
圖5-14:右腳髖及膝關節相對誤差51
圖5-15:左腳髖及膝關節相對誤差52
圖5-16:工研院「激立」與實驗室步態比較圖53
圖5-17:完整連續步態側拍54

表次
表3-1:下肢關節自由度17
表3-2:EPOS2 50/5數位定位控制器規格23
表3-3:馬達規格比較24
表3-4:SHD-25及SHD20諧和式減速機規格比較表25
表3-5:KHK直齒傘形齒輪比較表26
表5-1:步態週期65樣本43
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