輪椅機器人之靜穩定步態模擬與姿態控制 謝孟言、陳俊達
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摘 要
現代醫療科技快速發展，人類平均壽命不斷的延長，死亡率亦急遽降低，社會逐漸邁向高齡化，導致 許多殘障、慢性病、
老人及相關醫療復健等問題。 而目前市面上一般輪椅設計都採用車輪方式移動，故只能活動在一些比較平坦地區，對於某 些障礙地 形如階梯或斜坡，仍有其相當限制。所以本實驗室提出新的輪椅機構，即旋臂式輪椅機器人以克服階梯 障礙，
本文主要利用拉葛蘭達法推導其運動方程式，並模擬其靜穩定步態運動，以確定輪椅機器人之安 全性及可行性。最後並設 計一路徑追隨控制法則，使得輪椅機器人能依循我們所設計的軌跡運動。
關鍵詞 : 輪椅機器人、靜穩定步態、拉葛蘭達法
目錄
第一章緒論--P1 1.1 前言--P1 1.2 文獻回顧--P1 1.3 研究動機及目的--P6 第二章輪椅機器人之設計--P8 2.1 輪椅機器人之外 觀--P8 2.2 運動模式--P17 2.3 階梯攀爬範圍--P20 第三章輪椅機器人之廣義三維動態方程式--P23 3.1 座標系統定義--P23 3.2 座標轉換--P24 3.3 位置向量--P25 3.4 動能及位能--P26 3.4.1 動能--P26 3.4.2 位能--P28 3.5 虛功原理--P29 3.6 拘束方程 式--P30 3.7 輪椅機器人之運動方程式--P32 3.8 結論--P33 第四章輪椅機器人之狹義三維動態方程式--P34 4.1 運動方式描 述--P34 4.2 轉換矩陣--P35 4.3 輪椅機器人之運動方程式--P38 4.3.1 肢節運動方程式--P39 4.3.2 身體之直線運動及轉向運 動--P45 4.4 重心偏移--P60 第五章靜步態穩定模擬分析--P62 5.1 輪椅機器人三維立體模型建構--P62 5.1.1 身體三維立體模型 建構--P62 5.1.2 腰節三維立體模型建構--P63 5.1.3 腿節三維立體模型建構--P64 5.1.4 脛節三維立體模型建構--P65 5.1.5 輪椅 機器人三維立體模型建構--P66 5.2 數值積分方法--P67 5.3 履帶運動方式模擬--P69 5.4 類四足步行模式--P73 5.4.1 以類四足 運動模式直線運動模擬--P74 5.4.2 以類四足運動模式跨越障礙之運動模擬--P79 5.4.3 類四足與履帶混合運動模式--P84 第六 章軌跡跟隨控制--P86 6.1 控制問題描述--P86 6.2 控制器設計--P87 6.3 軌跡跟隨模擬--P90 第七章結論與未來研究方法--P98 7.1 結論--P98 7.2 未來研究方向--P98 參考文獻--P100
參考文獻
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