發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 11:04

【摘要】：在傳統(tǒng)的下肢外骨骼的步態(tài)規(guī)劃方法中存在以下問(wèn)題:(1)針對(duì)不同的使用者需要生成不同的步態(tài)模型,步態(tài)模型推廣性較差。(2)步態(tài)規(guī)劃方法只適用常見(jiàn)的平地行走任務(wù),而不適用于上坡行走任務(wù)。(3)無(wú)法根據(jù)穿戴者行走過(guò)程中的舒適性和穩(wěn)定性對(duì)步態(tài)模型參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和更新,步態(tài)的穩(wěn)定性和舒適性不高。為了解決傳統(tǒng)步態(tài)規(guī)劃方法存在的問(wèn)題,本文提出了針對(duì)于不同使用者的統(tǒng)一步態(tài)模型,并實(shí)現(xiàn)了常見(jiàn)的平地行走任務(wù)和上坡行走任務(wù),同時(shí)利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法針對(duì)于穿戴者行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性指標(biāo)對(duì)步態(tài)模型參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)更新,主要內(nèi)容如下:1)下肢外骨骼的步態(tài)分析:首先,分析了人-外骨骼系統(tǒng)的步態(tài)。然后分析了下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué),得到步態(tài)軌跡曲線與各個(gè)關(guān)節(jié)角度的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)末端軌跡曲線到關(guān)節(jié)角度的映射,這是整個(gè)步態(tài)規(guī)劃的基礎(chǔ)。2)平地行走中外骨骼步態(tài)學(xué)習(xí)方法設(shè)計(jì):首先,采用DMP(Dynamic Movement Primitives)方法來(lái)進(jìn)行步態(tài)建模,并通過(guò)DMP學(xué)習(xí)事先訓(xùn)練的人體步態(tài)軌跡曲線并且生成擬人化的步態(tài)軌跡曲線。其次,根據(jù)機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)得到基于質(zhì)心的步長(zhǎng)模型,該步態(tài)模型可以適用于不同的使用者,然后利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法針對(duì)穿戴者行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性指標(biāo)對(duì)該步態(tài)模型參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)更新。最后利用獲得的最優(yōu)模型參數(shù)來(lái)規(guī)劃外骨骼每一步的步態(tài),使得使用者在行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性都得到提升。3)上坡行走中的外骨骼步態(tài)學(xué)習(xí)方法設(shè)計(jì):首先通過(guò)DMP來(lái)根據(jù)事先的訓(xùn)練得到的人體步態(tài)軌跡曲線來(lái)學(xué)習(xí)擬人化的步態(tài)軌跡曲線。其次,將平地行走中的步態(tài)學(xué)習(xí)方法推廣到上坡行走中,根據(jù)上坡行走的特殊性提出了基于質(zhì)心的步態(tài)模型,該步態(tài)模型可以適用于不同使用者,然后利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法針對(duì)穿戴者行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性指標(biāo)對(duì)該步態(tài)模型參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)更新。最后,通過(guò)獲得最優(yōu)的模型參數(shù)來(lái)規(guī)劃外骨骼每一步的步態(tài),使得使用者在上坡行走中的穩(wěn)定性和舒適性都得到提升。4)平地與上坡行走步態(tài)學(xué)習(xí)方法的驗(yàn)證:為了驗(yàn)證本文提出的步態(tài)學(xué)習(xí)方法,搭建了下肢外骨骼仿真平臺(tái),并設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)的預(yù)定義的固定步態(tài)規(guī)劃方法與本文提出的步態(tài)學(xué)習(xí)規(guī)劃方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比分析平地行走中的步態(tài)學(xué)習(xí)方法與預(yù)定義的固定步態(tài)規(guī)劃方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出平地行走中的步態(tài)學(xué)習(xí)方法的有效性。通過(guò)對(duì)比上坡行走中的步態(tài)學(xué)習(xí)方法與預(yù)定義的固定步態(tài)學(xué)習(xí)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出上坡行走中的步態(tài)學(xué)習(xí)方法的有效性。本文提出的步態(tài)學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同使用者的統(tǒng)一步態(tài)建模表達(dá),提高了步態(tài)模型的推廣性。步態(tài)學(xué)習(xí)方法適用于平地和上坡行走任務(wù),并能夠根據(jù)穿戴者行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性指標(biāo)對(duì)步態(tài)進(jìn)行優(yōu)化,提升了使用者行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH77;TP242
【圖文】：

而國(guó)內(nèi)外骨骼機(jī)器人的研究工作較晚處于實(shí)驗(yàn)階段，但是也有一些研究機(jī)構(gòu)正市場(chǎng)。本章主要通過(guò)仔細(xì)查閱下肢外骨骼相外骨骼的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。外骨骼研究現(xiàn)狀骨骼研究中，荷蘭的代爾夫特理工大學(xué)出了 MindWalker 下肢助行外骨骼。MindW結(jié)構(gòu)相似，如圖 1-1 所示，MindWalker 的此同時(shí) MindWalker 的自重達(dá)到了 30kg。Walker 的膝關(guān)節(jié)采取了彈性膝關(guān)節(jié)，這樣舒適性[1]。由于 MindWalker 的髖關(guān)節(jié)有一根據(jù)中心的位置動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其行走過(guò)程中的側(cè)MindWalker 系統(tǒng)的平衡能力，提升了整個(gè)

圖 1-2 西班牙的 ATLAS 外骨骼美國(guó)的研究單位 IHMC（InstituteforHumanandM 外骨骼[4,5]。Mina 外骨骼的應(yīng)用對(duì)象是下肢癱瘓采取電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式控制膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)。Mina Musical InstrumentsDigital Interface）來(lái)與使用者IDI 來(lái)控制 Mina 的每一步行走，同時(shí)使用者可骨骼的步態(tài)參考曲線來(lái)源于正常人穿戴 Mina 的步態(tài)曲線時(shí)，正常人穿上 Mina 外骨骼行走， Mina 外骨骼的髖關(guān)節(jié)采取的是零力矩的控制方

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 黃瑞;基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的PRMI外骨骼機(jī)器人步態(tài)仿真研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2725591