面向負(fù)重行走下肢助力外骨骼,針對(duì)其存在的三大核心問題（系統(tǒng)模型、負(fù)重適應(yīng)以及平衡安全）:擺動(dòng)相中基于模型的控制算法對(duì)精確動(dòng)力學(xué)模型依賴;支撐相中未考慮變負(fù)重適應(yīng)性以及負(fù)重行走中的平衡安全等核心問題,本學(xué)位論文從下肢助力外骨骼的跟隨性、適應(yīng)性及平衡性三大核心性能進(jìn)行研究以提高其助力效率,主要工作及成果歸納如下:針對(duì)傳統(tǒng)靈敏度放大控制算法對(duì)精確動(dòng)力學(xué)模型依賴問題,提出基于交互意圖預(yù)測(cè)的擺動(dòng)相跟隨算法。通過動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元對(duì)步態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模實(shí)現(xiàn)對(duì)穿戴者交互意圖的預(yù)測(cè),以此針對(duì)不同步態(tài)優(yōu)化靈敏度放大算法與交互意圖預(yù)測(cè)器的作用權(quán)重,以降低對(duì)精確動(dòng)力學(xué)模型的依賴。仿真實(shí)驗(yàn)中降低了88.9%因模型誤差造成的交互力,實(shí)際穿戴實(shí)驗(yàn)中相比傳統(tǒng)靈敏度放大算法,通過人機(jī)交互力的下降估計(jì)節(jié)省擺動(dòng)腿44.6%的能量。針對(duì)傳統(tǒng)控制算法未考慮變負(fù)重適應(yīng)性問題,提出基于參數(shù)化動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元的變負(fù)重支撐相助力算法。針對(duì)不同負(fù)重構(gòu)建基于參數(shù)化動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元的變負(fù)重助力模型,利用離線采集的不同負(fù)重條件下人體關(guān)節(jié)力矩曲線,學(xué)習(xí)基于參數(shù)化動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元的助力模型參數(shù)與負(fù)重之間的自適應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)變負(fù)重助力力矩的自適應(yīng)規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)中由采集負(fù)重行... 

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 前言
    1.3 下肢助力外骨骼國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 剛性下肢助力外骨骼國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 柔性下肢助力外骨骼國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 下肢助力外骨骼控制策略研究現(xiàn)狀
        1.4.1 基于穿戴者信息測(cè)量驅(qū)動(dòng)的控制策略
        1.4.2 基于模型驅(qū)動(dòng)的控制策略
        1.4.3 基于力矩規(guī)劃驅(qū)動(dòng)的控制策略
        1.4.4 基于自適應(yīng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)的控制策略
        1.4.5 下肢助力外骨骼控制策略研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.5 論文研究目標(biāo)及主要內(nèi)容
第二章 基于交互意圖預(yù)測(cè)的擺動(dòng)相跟隨算法研究
    2.1 引言
    2.2 下肢助力外骨骼動(dòng)力學(xué)模型
        2.2.1 下肢助力外骨骼模型
        2.2.2 下肢助力外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        2.2.3 下肢助力外骨骼動(dòng)力學(xué)建模
    2.3 基于交互意圖預(yù)測(cè)的跟隨算法
        2.3.1 交互意圖預(yù)測(cè)器
        2.3.2 基于模型的控制器
    2.4 基于增強(qiáng)學(xué)習(xí)的參數(shù)自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)
    2.5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
        2.5.1 基于單自由度下肢外骨骼仿真驗(yàn)證
        2.5.2 基于HUALEX下肢外骨骼實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于參數(shù)化動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元的變負(fù)重支撐相助力算法研究
    3.1 引言
    3.2 不同負(fù)重條件下人體下肢關(guān)節(jié)力矩分析
        3.2.1 不同負(fù)重條件下人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集
        3.2.2 基于OpenSim的人體負(fù)重關(guān)節(jié)力矩分析
    3.3 基于參數(shù)化動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元的變負(fù)重助力模型構(gòu)建
        3.3.1 參數(shù)化動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)基元模型
        3.3.2 變負(fù)重助力模型的建立
    3.4 基于高斯回歸過程的變負(fù)重自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)
    3.5 基于HUALEX下肢外骨骼實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        3.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置
        3.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于重心平衡約束的變負(fù)重支撐相助力算法研究
    4.1 引言
    4.2 基于重心平衡約束的變負(fù)重自適應(yīng)助力算法框架
    4.3 基于重心平衡模型的負(fù)重行走約束條件
        4.3.1 基于倒立擺的平衡模型構(gòu)建
        4.3.2 基于模型預(yù)測(cè)的平衡力矩約束條件
    4.4 基于核化運(yùn)動(dòng)基元的變負(fù)重助力力矩規(guī)劃
        4.4.1 不同負(fù)重條件下關(guān)節(jié)力矩的核化表達(dá)
        4.4.2 基于核化運(yùn)動(dòng)基元的變負(fù)重助力模型構(gòu)建
        4.4.3 基于高斯混合回歸的變負(fù)重助力力矩規(guī)劃
    4.5 基于重心平衡約束的變負(fù)重助力力矩規(guī)劃
    4.6 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
        4.6.1 基于重心平衡約束的變負(fù)重助力力矩規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
        4.6.2 基于HUALEX下肢外骨骼實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.7 本章小結(jié)
第五章 HUALEX下肢助力外骨骼系統(tǒng)及仿真野外環(huán)境測(cè)試
    5.1 引言
    5.2 HUALEX下肢助力外骨骼概述
    5.3 HUALEX下肢助力外骨骼介紹
        5.3.1 機(jī)械與液壓系統(tǒng)
        5.3.2 傳感與通信系統(tǒng)
        5.3.3 異步優(yōu)化控制系統(tǒng)
    5.4 野外測(cè)試環(huán)境介紹及通過性測(cè)試
        5.4.1 測(cè)試環(huán)境總體布局
        5.4.2 測(cè)試環(huán)境設(shè)計(jì)
        5.4.3 測(cè)試設(shè)備介紹
        5.4.4 測(cè)試數(shù)據(jù)采集
        5.4.5 測(cè)試結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
    6.1 本學(xué)位論文研究?jī)?nèi)容總結(jié)
    6.2 課題展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Active knee joint exoskeleton for stair ascent augmentation[J]. Zongwei ZHANG,Jizhuang FAN,Hongzhe JIN,Tianjiao ZHENG,Sikai ZHAO,Shun MA,Jie ZHAO,Yanhe ZHU.  Science China（Information Sciences）. 2021(03)
[2]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)
[3]攜行外骨骼自適應(yīng)虛擬力矩控制研究[J]. 楊秀霞,劉迪,趙國(guó)榮.  船電技術(shù). 2015(11)
[4]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)
[5]負(fù)重型下肢外骨骼機(jī)器人機(jī)構(gòu)研究與仿真[J]. 方明周,王瑜,朱鈞,何立冬,曹恒.  華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(05)
[6]一種柔性雙足壓力檢測(cè)裝置與步態(tài)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J]. 鄭成聞,宋全軍,佟麗娜,陳煒,葛運(yùn)建.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2010(12)
[7]基于時(shí)間序列分析的可穿戴助力機(jī)器人傳感器信號(hào)預(yù)測(cè)的研究[J]. 孫兆君,余永,葛運(yùn)建.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2009(03)
[8]基于接觸力信息的可穿戴型下肢助力機(jī)器人傳感系統(tǒng)研究[J]. 孫建,余永,葛運(yùn)建,陳峰,沈煌煥.  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào). 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(yuǎn)山,楊秀霞.  海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào). 2007(04)
[10]三次樣條插值函數(shù)的構(gòu)造與Matlab實(shí)現(xiàn)[J]. 許小勇,鐘太勇.  兵工自動(dòng)化. 2006(11)

博士論文
[1]下肢助力外骨骼機(jī)器人研究[D]. 張超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]基于柔性傳動(dòng)的助力全身外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)研究[D]. 陳春杰.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院) 2017

碩士論文
[1]基于人類工效學(xué)的下肢助行外骨骼的設(shè)計(jì)[D]. 潘有緣.電子科技大學(xué) 2016
[2]一種用于步態(tài)檢測(cè)的柔性雙足助力機(jī)器人感知系統(tǒng)的研究[D]. 陳煒.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[3]基于繩—滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼研究[D]. 劉洋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[4]面向下肢外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)步態(tài)建模與表達(dá)[D]. 馬文昊.電子科技大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3700516