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研究生: 吳孟哲
Wu, Meng-Je
論文名稱: 穿戴式下肢輔具之氣壓式人工肌肉鑑別與控制
Identification and Control of Mckibben Pneumatic Muscles for a Wearable Lower Limb Orthosis
指導教授: 葉廷仁
Yeh, Ting-Jen
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 氣壓式人工肌肉
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  • 高齡化時代的來臨,老年人口比率逐年攀升,隨之而來的是對於身體機能退化疾病的重視。所以本文希望可以藉由發展一款可穿戴的下肢輔具來幫助下肢不便的老年人,同時也可用以輔助運動傷害者進行正常活動。此輔具系統中,為建立其可穿戴性,係力用重量/體積小,出力大之氣壓式人工肌肉做為其制動器,實驗中發現,氣壓式人工肌肉在供給氣壓上升與下降的時候會產生遲滯現象,且此現象會造成輔具控制性能的降低。為了消除遲滯現象對控制系統的影響,我們利用鑑別實驗的結果建立輔具/空氣肌肉的遲滯模型,並利用此模型之逆模型做前饋補償。此研發的輔具有支撐腳力矩控制與非支撐腳角度控制兩種模式,故在輔具的整體控制架構中加入平滑切換補償器,藉以改善控制模式切換時對於控制力和輸出狀態的暫態反應。此外論文中也整合輔具與外部的使用介面,讓使用者可以依環境狀況選擇行走或是上下樓梯的模式。最後透過行走、上下樓梯的實驗,比較有無穿戴輔具時大腿股四頭肌的肌電訊號以驗證輔具的輔助成效。


    摘要 1 目錄 4 圖目錄 7 第一章 緒論 12 1.1 研究動機與目的 12 1.2 文獻回顧 13 1.3 本文大綱 15 第二章 輔具整體設計 17 2.1 輔具整體架構 17 2.2 控制法則 21 2.3 蹲站膝關節運動模型 21 第三章 氣壓式人工肌肉遲滯鑑別與補償 23 3.1 輔具遲滯現象 23 3.2 建構輔具遲滯模型 26 3.3 輔具遲滯鑑別與逆模型補償 29 第四章 控制系統設計 40 4.1 系統頻率響應 40 4.1.1張力感測為輸出訊號(支撐腳模式之張力控制用) 41 4.4.2 角度感測為輸出訊號(非支撐腳模式之角度控制用) 42 4.2 LQG\LTR控制器控制器設計 43 4.2.1 控制器設計 ─ 張力控制 47 4.2.2 控制器設計 ─ 角度控制 48 4.3 閉迴路控制器加入逆模型控制 50 4.4 輔具雙模切換與控制架構 52 4.5 張力與角度控制的平滑切換補償器 53 第五章 輔具硬體架構 55 5.1 實驗硬體架構 55 5.2 測力鞋之無線藍芽訊號傳輸模組 56 5.3 可攜式控制模組 58 5.4 輔具與外部系統整合 61 第六章 控制結果與實驗 64 6.1 無負載情況下的張力及角度追隨 64 6.2 單腳蹲站疲勞實驗 67 6.3 行走實驗 70 6.4 上、下樓梯實驗 76 第七章 結論與未來方向 84 7.1 結論 84 7.2 未來研究方向 85 參考文獻 86 附錄 89

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