下肢外骨骼机器人反应式行为控制研究

来源 :河南工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangtantan121212
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前,各种疾病、安全事故等频繁发生,造成下肢运动受阻或者残疾的病人数量不断增多,在此背景下医疗康复领域进入快速发展阶段,下肢外骨骼机器人应运而生。下肢外骨骼机器人集行为与感知为一体,对病人来说可以实现安全、规范的步态恢复,可以使下肢缺失患者重新站起来,最大程度减小其生理和心理疾苦;对于医生来说可以实时监测病人各种生理特征,实现更加多元化的治疗方案。因此,下肢外骨骼机器人的研发具有重要的现实意义。本文在对国内外相关技术发展现状进行分析之后,针对下肢外骨骼机器人行为控制进行了深入研究。首先对人体运动步态进行详细分析,基于人体解剖学确定机器人所需自由度,采用主动自由度和被动自由度相结合,既能满足日常行为需求,又能减小功耗。基于运动学和Vicon三位步态采集系统对正常人步态轨迹等信息进行分析,为之后控制系统设计奠定基础。其次在反应式行为控制系统中,主要研究其感知系统和行为控制,确定了主从分布式控制模式。为了对下肢运动状态进行实时采集,选择合适的本体感受器作为整个系统的感知来源,其中依据足底压力传感器数据将行走过程划分成四个相位,并且对压力多传感器数据进行模糊融合处理,设置合适的模糊集合和隶属度函数,结果表明可以对相位进行准确识别。在对反应式行为控制技术进行研究时,针对穿戴者设计了起立、坐下、平地行走和转弯四种基本行为,每个行为都根据本体感受器和数据融合结果设计了其相位触发条件。在行为运行过程中,为了使外骨骼机器人和人体之间相互协调,保证运动过程的连续自然,不会发生干涉,采用计算力矩法作为轨迹跟踪控制算法。由于动力学模型不精确和外界干扰等误差会影响控制效果,本文对计算力矩法进行改进,加入RBF神经网络算法对其进行补偿控制,同时为了保证运动的稳定安全,避免二次伤害,根据本体感受器数据进行跌倒检测。使用ADAMS和MATLAB联合仿真,对算法进行验证,结果表明跟踪效果良好。最后,对整个系统的硬件电路和软件进行设计,建立主控制器和关节控制器之间的通信协议,为了测试系统整体性能,搭建实验平台,验证了控制算法和行为切换的有效性。结果表明,本文提出的下肢外骨骼机器人反应式行为控制技术特性优越,达到相位触发条件时能够快速反应并进行稳定控制,可以帮助穿戴者完成所设计的行为动作。
其他文献
通常情况下,沿海地区人口密集、经济发达,人地矛盾突出。围填海成为全球长期而普遍的做法,我国围填海历史悠久,进入21世纪围填海规模不断攀升,随之而来的各类问题不断凸显。近年来,围填海方面的研究以宏观框架体系研究居多,而县级相关部门作为国家、省、市、县四级海域监管的基层和政策执行贯彻者,落实习近平总书记“关心海洋、认识海洋、经略海洋”要求的一线阵地,地方围填海监管研究很少。本文立足于余姚市最近二十年来
学位
社区矫正是相对于监禁的一种执行方式,是指将符合法定条件的罪犯置于社区中,在判决、裁定、决定规定的期限内,司法行政机关及其派出机构在有关部门和社会力量的帮助下,通过思想改造和劳动改造来纠正其犯罪心理和不良习惯,促使其重新走向社会。构建合作型社区矫正是社区矫正工作运行的本质要求,随着《中华人民共和国社区矫正法》的颁布和实施,我们不难发现,目前在我国实施和应用较为广泛的北京模式、上海模式和深圳模式其实践
学位
粗砷烟尘是黄金焙烧冶炼工艺处理复杂含砷金精矿的必然产物,如何实现粗砷烟尘的安全、环保、资源化有效处置,已成为黄金及有色金属冶炼行业亟待攻克的技术难题。某黄金冶炼企业生产过程中产出的粗砷烟尘中三氧化二砷、金、银质量分数分别为86.50%、1.1 g/t和11 g/t,采用密闭流态化输送、多段可控蒸馏提纯、三氧化二砷蒸气缓冷结晶、含金脱砷渣综合利用、脱砷尾气循环利用技术进行处理,并实现工业化应用。该技
期刊
超级电容器被视为“梦想能源系统”,是一种新颖、具有独特机制的能量存储和转换装置。超级电容器具有较强的充电/放电能力、较长的使用寿命,因此在各个领域展现出巨大的应用潜力和优势。在它的组成中,电极材料是影响其性能的关键一环,因此对其研究的首要任务就是合成高性能的电极。金属有机框架(MOF)是一种具有可调谐孔结构、多样性有机基团的新型多孔材料,近几年在能量存储领域发展迅速。MOF是由金属离子/簇和有机官
学位
体育运动一直是发展我国综合国力的重要组成部分,幼童年龄阶段的小篮球运动为我国篮球运动发展的基础,只有做大做强该项体育运动的基础工作,才能推动我国篮球事业朝着更高方向快速发展。而开封作为篮球运动首个进入河南省的城市,从1909年传入至今已有112年之久,其间经历过起步、发展、停滞、繁荣、低谷等阶段,但现在开封市篮球运动发展速度十分缓慢,远远不及临近的郑州市、洛阳市等的发展水平及规模。因此面对新时代发
学位
目的:1.手足口病(Hand,foot,and mouth disease,HFMD)是由多种人肠道病毒引起的儿童常见传染病。柯萨奇病毒A组6型(Coxsackievirus A6,CV-A6)是引起手足口病的重要病原体之一。利用本实验室发展的人肠道病毒构象表位预测算法,对CV-A6的构象表位进行系统性地预测,并与柯萨奇病毒A组10型(Coxsackievirus A10,CV-A10)的构象表位
学位
目的:免疫微环境在结肠癌的发生发展中扮演着重要的角色,其中基因组异常是影响肿瘤免疫浸润的重要原因。左半结肠癌(left-sided colon cancer,LCC)和右半结肠癌(rightsided colon cancer,RCC)是结肠癌的两种类型,这两者在临床特征和免疫微环境方面存在一定的差异。近些年来,基因突变与肿瘤免疫微环境之间的关联性分析越来越多,然而在左右半结肠癌中却鲜有报道,其是
学位
<正> 红枣花生汤,是上海某名医治疗脚气病的验方,我曾用此方治疗脚气病二十余例,效果极为满意。药物组成:大红枣500克、生花生米(留红皮)500克,二味同煮,随意服食,食完为
期刊
我国经济发展迅速,城镇化建设水平逐步提高,现存钢筋混凝土结构不断增加。社会财富大量积累的同时火灾因素也逐渐增加,建筑火灾发生数量基本呈逐年上升趋势。火灾使得建筑结构受到不同程度的损伤,尤其是大量使用并作为建筑结构主要受力材料的钢筋混凝土,在火灾中的收到的危害首当其冲。目前,国内外对火灾后结构的受损检测和评估方法尚无明确的规范可循,在实际工程应用中存在局限性,对于结构火灾后的受损程度及承载能力的科学
学位
<正> 郭××,男,69岁,马来西亚注册牙科医生。1986年6月22日诊。自诉1985年12月开始出现食量减少、周身疲乏,继而双下肢沉重无力,行走困难,两脚浮肿、发麻、有穿袜感,伴左侧胸部逼闷及心悸。曾经西医检查,诊为混合型脚气病。经治效果不显。见舌质淡红、
期刊