下肢外骨骼作為一個以人為核心的交互式機器人平臺,成為了近年來較為熱門的研究領域之一。按照其應用對象可分為助力、助行和康復下肢外骨骼,而本文的研究對象則是針對下肢助力外骨骼,主要應用于軍事作戰(zhàn)、應急救災以及工業(yè)負重等應用場景。本學位論文針對下肢助力外骨骼,以控制外骨骼快速跟隨穿戴者運動為目標,通過搭建基于增強學習的層級交互式學習框架,旨在實現(xiàn)人-外骨骼系統(tǒng)的運動協(xié)調控制,最終希望下肢助力外骨骼能夠通過學習過程,來實現(xiàn)對不同穿戴者以及穿戴者不同步態(tài)的快速跟隨。本學位論文的主要工作及成果歸納如下:1.下肢助力外骨骼傳統(tǒng)的靈敏度放大控制算法（Sensitivity Amplification Control,SAC）有以下兩個缺點:1)需要精確的動力學模型;2)無法適應不同穿戴者和穿戴者不同的運動狀態(tài)。針對上述問題,本文提出了基于增強學習的交互式學習控制算法,通過增強學習算法對SAC控制器中的靈敏度放大因子進行在線學習,解決了傳統(tǒng)靈敏度放大控制算法需要精確動力學模型的問題,并能夠適應不同穿戴者以及穿戴者的不同運動狀態(tài)。為了得到增強學習的學習目標,利用采集的不同身高和運動速度下的人體步態(tài)運動曲線... 

【文章來源】：電子科技大學四川省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 前言
    1.2 下肢外骨骼國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外下肢外骨骼研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內下肢外骨骼研究現(xiàn)狀
    1.3 下肢助力外骨骼控制策略研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.4 論文研究目標及主要內容
第二章 增強學習及其應用綜述
    2.1 引言
    2.2 增強學習基本框架
    2.3 增強學習算法綜述
        2.3.1 基于MDP的增強學習方法
        2.3.2 層級增強學習
    2.4 增強學習在機器人控制中的應用
    2.5 增強學習的發(fā)展趨勢
    2.6 本章小結
第三章 基于增強學習的控制器參數(shù)自適應
    3.1 引言
    3.2 下肢助力外骨骼動力學模型
        3.2.1 下肢助力外骨骼系統(tǒng)模型
        3.2.2 下肢助力外骨骼運動學分析
        3.2.3 下肢助力外骨骼動力學建模
    3.3 基于模型的靈敏度放大控制算法
    3.4 基于增強學習的自適應靈敏度放大控制算法
        3.4.1 自適應靈敏度放大控制算法框架
        3.4.2 基于增強學習的控制器參數(shù)自適應
        3.4.3 基于局部高斯過程回歸的穿戴者運動狀態(tài)估計
    3.5 實驗及結果討論
        3.5.1 單自由度下肢助力外骨骼仿真驗證
        3.5.2 HUALEX下肢助力外骨骼實驗驗證
    3.6 本章小結
第四章 層級交互式學習控制算法
    4.1 引言
    4.2 層級交互式學習控制算法框架
    4.3 基于動態(tài)運動基元的步態(tài)建模與學習
        4.3.1 動態(tài)運動基元
        4.3.2 基于局部加權回歸的參數(shù)學習
        4.3.3 一個范例
    4.4 實驗及結果討論
        4.4.1 單自由度下肢助力外骨骼仿真驗證
        4.4.2 HUALEX下肢助力外骨骼實驗驗證
    4.5 本章小結
第五章 基于物理人機交互的耦合協(xié)同基元
    5.1 引言
    5.2 耦合協(xié)同基元及其參數(shù)學習
        5.2.1 物理人機交互模型
        5.2.2 耦合協(xié)同基元建模
        5.2.3 耦合協(xié)同基元的參數(shù)學習
    5.3 結合CCP的層級交互式學習控制算法
    5.4 實驗及結果討論
        5.4.1 單自由度下肢助力外骨骼仿真驗證
        5.4.2 HUALEX下肢助力外骨骼實驗驗證
    5.5 本章小結
第六章 HUALEX下肢助力外骨骼系統(tǒng)
    6.1 引言
    6.2 HUALEX下肢助力外骨骼系統(tǒng)概述
    6.3 機械與液壓系統(tǒng)
        6.3.1 仿生機構設計
        6.3.2 可穿戴液壓系統(tǒng)設計
    6.4 傳感與控制系統(tǒng)
        6.4.1 傳感系統(tǒng)
        6.4.2 嵌入式控制系統(tǒng)
    6.5 本章小結
第七章 結論
    7.1 本文研究內容總結
    7.2 課題展望
致謝
參考文獻
博士期間取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]下肢攜行外骨骼系統(tǒng)建模及控制[J]. 楊秀霞,楊曉冬,王亭,楊智勇.  艦船電子工程. 2016(04)
[2]攜行外骨骼自適應虛擬力矩控制研究[J]. 楊秀霞,劉迪,趙國榮.  船電技術. 2015(11)
[3]The relationship between physical human-exoskeleton interaction and dynamic factors:using a learning approach for control applications[J]. TRAN Huu-Toan,CHENG Hong,LIN Xi Chuan,DUONG Mien-Ka,HUANG Rui.  Science China（Information Sciences）. 2014(12)
[4]負重型下肢外骨骼機器人機構研究與仿真[J]. 方明周,王瑜,朱鈞,何立冬,曹恒.  華東理工大學學報(自然科學版). 2014(05)
[5]基于參數(shù)探索的期望最大化策略搜索[J]. 程玉虎,馮渙婷,王雪松.  自動化學報. 2012(01)
[6]一種柔性雙足壓力檢測裝置與步態(tài)分析系統(tǒng)設計研究[J]. 鄭成聞,宋全軍,佟麗娜,陳煒,葛運建.  傳感技術學報. 2010(12)
[7]基于時間序列分析的可穿戴助力機器人傳感器信號預測的研究[J]. 孫兆君,余永,葛運建.  傳感技術學報. 2009(03)
[8]基于接觸力信息的可穿戴型下肢助力機器人傳感系統(tǒng)研究[J]. 孫建,余永,葛運建,陳峰,沈煌煥.  中國科學技術大學學報. 2008(12)
[9]能量輔助骨骼服NAEIES的開發(fā)[J]. 歸麗華,楊智勇,顧文錦,張遠山,楊秀霞.  海軍航空工程學院學報. 2007(04)

博士論文
[1]下肢助力外骨骼機器人研究[D]. 張超.哈爾濱工業(yè)大學 2016

碩士論文
[1]可穿戴式的下肢步行外骨骼控制機理研究與實現(xiàn)[D]. 牛彬.浙江大學 2006



本文編號：3625410