仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應(yīng)控制理論

第1章
緒論1
1.1 仿生外骨骼研究的目的和意義 1
1.2 仿生外骨骼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 仿生外骨骼關(guān)鍵技術(shù)與問題分析 12
第2章 基于遺傳算法的人機耦合仿真模型18
2.1 人體下肢生理結(jié)構(gòu)分析 18
2.1.1 人體解剖學(xué)18
2.1.2 下肢各關(guān)節(jié)自由度分析 20
2.1.3 關(guān)節(jié)驅(qū)動的自由度選擇 21
2.2 人機耦合的仿生外骨骼構(gòu)型設(shè)計 22
2.2.1 人體下肢運動鏈22
2.2.2 仿生外骨骼鏈24
2.2.3 人機耦合模型25
2.3 遺傳算法的步態(tài)軌跡優(yōu)化 26
2.3.1 耦合系統(tǒng)步態(tài)軌跡27
2.3.2 適應(yīng)度評估方程29
2.3.3 仿真實驗及結(jié)果分析 31
2.4 本章小結(jié) 37
第3章 」基于光電感應(yīng)的足底壓力傳感系統(tǒng)38
3.1 仿生外骨骼的足底壓力傳感系統(tǒng)設(shè)計 38
3.2 光電式壓力傳感單元 39
3.2.1 光電-壓力傳感原理 39
3.2.2 模塊化傳感單元設(shè)計與制造 40
3.2.3足底壓力傳感鞋墊方案 43
3.2.4 足底壓力中心步態(tài)參數(shù) 45
3.3 足底壓力數(shù)據(jù)采集實驗 46
3.3.1傳感器特性分析46
3.3.2 雙足壓力信號采集48
3.4 本章小結(jié) 51
第4章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的步態(tài)相位識別52
4.1 仿生外骨骼的步態(tài)相位識別 52
4.2步態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備 53
4.3 步態(tài)相位劃分方法 56
4.4 步態(tài)相位識別 59
4.4.1 多層感知機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 59
4.4.2 人體步態(tài)數(shù)據(jù)集60
4.4.3 多運動模式步態(tài)相位識別 62
4.5 本章小結(jié) 67
第5章 基于長短時記憶網(wǎng)絡(luò)的運動協(xié)同方法68
5.1 仿生外骨骼的運動協(xié)同 68
5.2 關(guān)節(jié)傳感系統(tǒng)設(shè)計 69
5.3 動力外骨骼硬件系統(tǒng) 70
5.4 關(guān)節(jié)角度協(xié)同運動實驗 72
5.5 長短時記憶網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測分析 76
5.5.1 長短時記憶網(wǎng)絡(luò)76
5.5.2 運動協(xié)同預(yù)測結(jié)果78
5.6 本章小結(jié) 83
第6章 仿生外骨骼本體構(gòu)型設(shè)計85
6.1 仿生外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真分析 85
6.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計85
6.1.2 仿真分析89
6.2 踝關(guān)節(jié)執(zhí)行器的創(chuàng)新設(shè)計 92
6.3 動力外骨骼樣機 98
6.3.1 關(guān)節(jié)執(zhí)行器方案98
6.3.2 動力外骨骼機構(gòu)99
6.3.3 樣機實物 102
6.4 本章小結(jié)103
第7章 仿生外骨骼運動學(xué)與動力學(xué)分析 104
7.1 人體步態(tài)分析104
7.2 仿生外骨骼運動學(xué)分析107
7.3 仿生外骨骼動力學(xué)分析111
7.4 本章小結(jié)113
第8章 基于軌跡跟蹤的仿生外骨骼自適應(yīng)控制 114
8.1 基于軌跡跟蹤的自適應(yīng)控制算法綜述 114
8.2單腿四自由度動力學(xué)模型115
8.3 魯棒自適應(yīng)控制器設(shè)計116
8.3.1 擾動信號上確界未知的控制器設(shè)計116
8.3.2 軌跡跟蹤自適應(yīng)控制方法實現(xiàn) 118
8.3.3 動態(tài)方程線性化 119
8.4 控制仿真實驗及分析120
8.5 本章小結(jié)124
第9章 基于MIMO的仿生外骨骼模糊自適應(yīng)控制126
9.1 基于MIMO的模糊自適應(yīng)控制綜述 126
9.2 摩擦、外加干擾和負載變化情況的模糊補償控制127
9.3數(shù)值模擬與比較130
9.4 基于MIMO的仿生外骨骼仿真分析 132
9.5 本章小結(jié)136
第10章 基于Backstepping的仿生外骨骼模糊自適應(yīng)控制137
10.1 基于 Backstepping的模糊自適應(yīng)控制綜述137
10.2 基于Backstepping的自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)搭建138
10.2.1 系統(tǒng)描述 138
10.2.2 Backstepping控制器的設(shè)計及穩(wěn)定性分析139
10.3 基于 Backstepping的仿生外骨骼仿真分析144
10.4 實驗驗證 147
10.4.1 可穿戴關(guān)節(jié)角度測量裝置148
10.4.2 平地實驗 148
10.4.3 上樓梯實驗 152
10.5 本章小結(jié) 157
第11章 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿生外骨骼自適應(yīng)控制 159
11.1 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制綜述 159
11.2 仿生外骨骼的動力學(xué)模型 160
11.3 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)描述 161
11.4 仿生外骨骼的 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制 162
11.4.1 系統(tǒng)描述 162
11.4.2 模型不確定部分的 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近 163
11.4.3 控制器的設(shè)計與分析 164
11.5 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿生外骨骼仿真分析 167
11.6 實驗驗證 170
11.6.1 平地實驗描述 170
11.6.2 數(shù)據(jù)采集與分析 171
11.7 本章小結(jié) 174
第12章  仿生外骨骼控制系統(tǒng)設(shè)計175
12.1  控制系統(tǒng)175
12.1.1  硬件控制系統(tǒng)175
12.1.2  軟件控制系統(tǒng)176
12.2仿生外骨骼輕量化設(shè)計與要求180
12.2.1  設(shè)計原則與要求180
12.2.2仿生外骨骼輕量化設(shè)計181
12.3  仿生外骨骼控制策略184
12.4  本章小結(jié)186
縮略詞及中英文對照188
參考文獻190
后記205