外骨骼機(jī)器人是一種能夠感知穿戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并幫助穿戴者協(xié)調(diào)出力的智能穿戴式設(shè)備,可應(yīng)用于工業(yè)、軍事,民用等場(chǎng)合。本課題所研究的下肢助力外骨骼機(jī)器人主要應(yīng)用于輔助穿戴者完成負(fù)重行走及增強(qiáng)穿戴者運(yùn)動(dòng)能力等工作。基于現(xiàn)有平臺(tái),本課題完成了外骨骼人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和協(xié)同控制方法的研究,提升了外骨骼的感知能力和決策能力。全面而豐富的人機(jī)交互力信息是外骨骼感知人體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。本課題完成了腳底、小腿大腿及后背捆綁處的外骨骼機(jī)器人人機(jī)交互力傳感器設(shè)計(jì)并進(jìn)行了相應(yīng)的性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果證明,本課題所研制的傳感器具有較高的精度和實(shí)用性,可以為外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)提供豐富的交互信息。外骨骼的動(dòng)力學(xué)模型是外骨骼協(xié)同控制的基礎(chǔ),本文分析了傳統(tǒng)的基于正立擺和倒立擺的外骨骼動(dòng)力學(xué)建模方法的缺點(diǎn)后,設(shè)計(jì)了一種新型的基于腳底壓力計(jì)算的統(tǒng)一化外骨骼動(dòng)力學(xué)建模方法。該方法不再區(qū)分外骨骼的支撐相和擺動(dòng)相,避免了支撐相和擺動(dòng)相切換時(shí)造成的關(guān)節(jié)輸出力不連續(xù)的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了腳底壓力的平穩(wěn)過(guò)渡。針對(duì)外骨骼的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù),本文設(shè)計(jì)了一種基于梯度下降法的參數(shù)辨識(shí)方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)外骨骼動(dòng)力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確辨識(shí),提高了控制的精度。外骨骼對(duì)人體運(yùn)動(dòng)意圖... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：98 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 下肢助力外骨骼現(xiàn)狀分析
        1.2.1 下肢助力外骨骼國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 助力外骨骼國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述與簡(jiǎn)析
    1.3 主要研究?jī)?nèi)容
    1.4 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
    1.5 小結(jié)
第2章 外骨骼人機(jī)交互力傳感器設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析
    2.3 腳底分布式壓力傳感器設(shè)計(jì)
        2.3.1 腳底壓力傳感器的需求分析
        2.3.2 基于霍爾元件的腳底壓力傳感器設(shè)計(jì)原理
        2.3.3 腳底壓力傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及特性分析
    2.4 下肢外骨骼關(guān)節(jié)及捆綁處人機(jī)交互力傳感器設(shè)計(jì)
        2.4.1 膝關(guān)節(jié)基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)的交互力傳感器設(shè)計(jì)
        2.4.2 三維交互力檢測(cè)單元設(shè)計(jì)
        2.4.3 三維力傳感器結(jié)構(gòu)及解耦算法設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        2.4.4 可變?cè)鲆嫒S力放大電路的設(shè)計(jì)
    2.5 小結(jié)
第3章 下肢外骨骼動(dòng)力學(xué)建模
    3.1 引言
    3.2 外骨骼統(tǒng)一化動(dòng)力學(xué)模型建立
        3.2.1 傳統(tǒng)外骨骼動(dòng)力學(xué)建模方法分析
        3.2.2 統(tǒng)一化外骨骼動(dòng)力學(xué)模型的建立
    3.3 外骨骼關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的獲取
    3.4 基于梯度下降法的外骨骼動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)
        3.4.1 外骨骼動(dòng)力學(xué)參數(shù)的離線辨識(shí)
        3.4.2 外骨骼負(fù)載重量及重心位置的在線辨識(shí)
    3.5 小結(jié)
第4章 外骨骼控制策略研究
    4.1 引言
    4.2 基于RNN模型的外骨骼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)
        4.2.1 RNN網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)間序列的預(yù)測(cè)
        4.2.2 RNN網(wǎng)絡(luò)模型的選取
        4.2.3 基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的外骨骼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)
    4.3 基于多人機(jī)交互力的閉環(huán)實(shí)時(shí)控制目標(biāo)的建立
        4.3.1 關(guān)節(jié)力矩與交互力映射的建立
        4.3.2 多交互力最小化控制算法的設(shè)計(jì)
    4.4 外骨骼整體控制策略設(shè)計(jì)
        4.4.1 外骨骼前饋控制系統(tǒng)的建立
        4.4.2 基于腳底末端力計(jì)算的外骨骼控制策略的建立
        4.4.3 基于多交互力最小化算法的外骨骼閉環(huán)控制策略的建立
    4.5 小結(jié)
第5章 主被動(dòng)外骨骼實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
    5.2 下肢外骨骼硬件及控制系統(tǒng)集成
        5.2.1 外骨骼機(jī)器人平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.2 外骨骼機(jī)器人平臺(tái)的電控系統(tǒng)集成
    5.3 下肢外骨骼實(shí)驗(yàn)研究
        5.3.1 外骨骼負(fù)重性能實(shí)驗(yàn)研究
        5.3.2 外骨骼運(yùn)動(dòng)靈活性實(shí)驗(yàn)研究
        5.3.3 外骨骼環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)研究
    5.4 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]人體步態(tài)分析與負(fù)重外骨骼機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)仿真[J]. 陳梁軍,孔令成,王玉成,曹志剛,朱紅生.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2016(27)
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[3]人體外骨骼服技術(shù)綜述[J]. 張向剛,秦開宇,石宇亮.  計(jì)算機(jī)科學(xué). 2015(08)
[4]人體下肢外骨骼機(jī)器人的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 柯顯信,陳玉亮,唐文彬.  機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用. 2009(06)

博士論文
[1]下肢外骨骼人體運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)與人機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究[D]. 龍億.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]主被動(dòng)結(jié)合式下肢助力外骨骼機(jī)器人研制[D]. 馬舜.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]下肢外骨骼機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D]. 阿布都卡哈爾·阿布力米提（Abudukahar）.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]外骨骼助力機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制策略研究[D]. 許長(zhǎng)華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]自主減重外骨骼下肢機(jī)器人的混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭航明.電子科技大學(xué) 2014
[5]機(jī)器學(xué)習(xí)在可穿戴人體外骨骼系統(tǒng)步態(tài)識(shí)別中的應(yīng)用研究[D]. 趙草原.電子科技大學(xué) 2013
[6]下肢外骨骼助力機(jī)器人系統(tǒng)研究[D]. 楊杰乾.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[7]多自由度下肢外骨骼控制系統(tǒng)研究[D]. 劉志娟.浙江大學(xué) 2011
[8]下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人表面肌電控制的仿真研究[D]. 王永奉.河北工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3461943