本文關鍵詞：自適應性主動式下肢假肢仿生控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近些年來,隨著生物學和仿生學的研究發(fā)展,很多的生物學的研究成果為假肢控制領域帶來新的思路。研究發(fā)現,生物的很多運動例如呼吸、行走、心跳等,并不是由生物體的大腦去直接控制,而是由位于生物低級神經中樞的被稱作中樞模式發(fā)生器(Central Pattern Generator,CPG)去直接控制。本文將基于CPG的仿生控制方法應用到下肢假肢的控制,主要工作內容包括以下幾個方面:1、熟悉了解人體對步態(tài)的分層運動控制系統(tǒng),將基于CPG的仿生控制方法應用于對下肢假肢的控制,使用自激振蕩的非線性振蕩器去模擬控制信號的產生過程,對常見的Hopf振蕩器、Rayleigh振蕩器和Matsuoka振蕩器進行分析比較,選擇Hopf振蕩器作為組成振蕩器網絡的基本振蕩器。2、Hopf振蕩器僅能產生固定角頻率的振蕩信號,無法實現對外部訓練信號的學習,因此將Dynamic Hebbian Learning學習算法加入到對Hopf振蕩器的學習訓練之中,改進的Hopf振蕩器中的角頻率由常量變?yōu)闋顟B(tài)變量,進而可以實現對外部周期信號角頻率的學習。3、將幾個改進的Hopf振蕩器組成CPG網絡,振蕩器之間實現耦合,使用正常的肢體行走步態(tài)數據去完成對整個網絡的訓練,并對整個振蕩器網絡引入反饋,用反饋信息去調整每個振蕩器的幅值、振蕩角頻率和相位。訓練結束后,由若干具有不同幅值、振蕩角頻率和相位的振蕩器組成的CPG網絡,可以實現對訓練信號的重現,振蕩器網絡自激振蕩輸出可以用于控制假肢的信號,步速的調整和步態(tài)的切換。4、使用雙下肢仿生平臺作為測試算法的平臺,使用Labview搭建上位機,實驗結果證明可以將基于CPG的仿生控制方法應用于下肢假肢的控制,CPG產生的假肢控制信號和人體產生的用于肢體控制的信號十分接近,方法是可行的。
【關鍵詞】：Hopf振蕩器 中樞模式發(fā)生器 主動式假肢 仿生控制方法
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.17;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 背景和意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-13
• 1.2.1 國外研究現狀10-11
• 1.2.2 國內研究現狀11-13
• 1.3 下肢假肢控制方法研究13-15
• 1.3.1 基于模型的控制方法13
• 1.3.2 基于行為的控制方法13-14
• 1.3.3 基于中樞模式發(fā)生器的控制方法14-15
• 1.4 課題主要研究內容15-17
• 第二章 下肢運動信號的采集與分析17-23
• 2.1 人體下肢運動相關定義17-18
• 2.2 步態(tài)信息采集系統(tǒng)簡介18-19
• 2.3 下肢膝關節(jié)步態(tài)數據采集19-21
• 2.4 小結21-23
• 第三章 基于CPG仿生控制方法的研究23-45
• 3.1 CPG仿生控制原理的研究23-24
• 3.2 CPG的振蕩器模型24-31
• 3.2.1 Hopf振蕩器24-26
• 3.2.2 Rayleigh振蕩器26-28
• 3.2.3 Vanderpol振蕩器28-29
• 3.2.4 振蕩器模型的選取29-31
• 3.3 基于Dynamic Hebbian Learning的改進振蕩器模型31-33
• 3.3.1 Dynamic Hebbian Learning算法簡介31
• 3.3.2 基于Dynamic Hebbian Learning的改進Hopf振蕩器模型31-33
• 3.4 基于改進Hopf振蕩器的CPG數學模型33-41
• 3.4.1 CPG數學模型簡介33-35
• 3.4.2 CPG對平地行走的學習35-38
• 3.4.3 CPG對其他步態(tài)的學習38-41
• 3.5 CPG控制步態(tài)的產生41-44
• 3.5.1 步態(tài)控制信號的產生41-42
• 3.5.2 步速調節(jié)的實現42-43
• 3.5.3 步態(tài)切換的實現43-44
• 3.6 小結44-45
• 第四章 基于雙下肢仿生平臺的驗證45-59
• 4.1 雙下肢仿生平臺的介紹45-50
• 4.1.1 雙下肢仿生平臺硬件介紹45-47
• 4.1.2 控制器控制方式說明47-49
• 4.1.3 常用函數庫49-50
• 4.2 Labview簡介50-52
• 4.3 主控制界面介紹52-53
• 4.4 控制程序功能介紹53-55
• 4.5 驗證55-57
• 4.5.1 平地行走步態(tài)控制55-56
• 4.5.2 步速調節(jié)的步態(tài)控制56
• 4.5.3 步態(tài)切換的步態(tài)控制56-57
• 4.6 小結57-59
• 第五章 結論59-61
• 5.1 論文主要完成的工作59-60
• 5.2 工作展望60-61
• 參考文獻61-67
• 攻讀學位期間所取得的相關科研成果67-69
• 致謝69

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  本文關鍵詞：自適應性主動式下肢假肢仿生控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：309139