仿生外骨骼的運動協(xié)同與自適應控制理論

第1章
緒論1
1.1 仿生外骨骼研究的目的和意義 1
1.2 仿生外骨骼國內外研究現狀 2
1.3 仿生外骨骼關鍵技術與問題分析 12
第2章 基于遺傳算法的人機耦合仿真模型18
2.1 人體下肢生理結構分析 18
2.1.1 人體解剖學18
2.1.2 下肢各關節(jié)自由度分析 20
2.1.3 關節(jié)驅動的自由度選擇 21
2.2 人機耦合的仿生外骨骼構型設計 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 適應度評估方程29
2.3.3 仿真實驗及結果分析 31
2.4 本章小結 37
第3章 」基于光電感應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 45
3.3 足底壓力數據采集實驗 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 51
第4章 基于神經網絡的步態(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)數據采集設備 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 多層感知機神經網絡算法 59
4.4.2 人體步態(tài)數據集60
4.4.3 多運動模式步態(tài)相位識別 62
4.5 本章小結 67
第5章 基于長短時記憶網絡的運動協(xié)同方法68
5.1 仿生外骨骼的運動協(xié)同 68
5.2 關節(jié)傳感系統(tǒng)設計 69
5.3 動力外骨骼硬件系統(tǒng) 70
5.4 關節(jié)角度協(xié)同運動實驗 72
5.5 長短時記憶網絡的預測分析 76
5.5.1 長短時記憶網絡76
5.5.2 運動協(xié)同預測結果78
5.6 本章小結 83
第6章 仿生外骨骼本體構型設計85
6.1 仿生外骨骼結構設計與仿真分析 85
6.1.1 結構設計85
6.1.2 仿真分析89
6.2 踝關節(jié)執(zhí)行器的創(chuàng)新設計 92
6.3 動力外骨骼樣機 98
6.3.1 關節(jié)執(zhí)行器方案98
6.3.2 動力外骨骼機構99
6.3.3 樣機實物 102
6.4 本章小結103
第7章 仿生外骨骼運動學與動力學分析 104
7.1 人體步態(tài)分析104
7.2 仿生外骨骼運動學分析107
7.3 仿生外骨骼動力學分析111
7.4 本章小結113
第8章 基于軌跡跟蹤的仿生外骨骼自適應控制 114
8.1 基于軌跡跟蹤的自適應控制算法綜述 114
8.2單腿四自由度動力學模型115
8.3 魯棒自適應控制器設計116
8.3.1 擾動信號上確界未知的控制器設計116
8.3.2 軌跡跟蹤自適應控制方法實現 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124
第9章 基于MIMO的仿生外骨骼模糊自適應控制126
9.1 基于MIMO的模糊自適應控制綜述 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136
第10章 基于Backstepping的仿生外骨骼模糊自適應控制137
10.1 基于 Backstepping的模糊自適應控制綜述137
10.2 基于Backstepping的自適應模糊控制系統(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 157
第11章 基于RBF神經網絡的仿生外骨骼自適應控制 159
11.1 基于RBF神經網絡的自適應控制綜述 159
11.2 仿生外骨骼的動力學模型 160
11.3 RBF 神經網絡描述 161
11.4 仿生外骨骼的 RBF神經網絡自適應控制 162
11.4.1 系統(tǒng)描述 162
11.4.2 模型不確定部分的 RBF 神經網絡逼近 163
11.4.3 控制器的設計與分析 164
11.5 基于RBF神經網絡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 數據采集與分析 171
11.7 本章小結 174
第12章  仿生外骨骼控制系統(tǒng)設計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計與要求180
12.2.1  設計原則與要求180
12.2.2仿生外骨骼輕量化設計181
12.3  仿生外骨骼控制策略184
12.4  本章小結186
縮略詞及中英文對照188
參考文獻190
后記205