下肢康复机器人机械结构设计及动力学仿真

为推动康复机器人发展,提高下肢康复训练水平,设计了一种新型下肢训练康复机器人的机械结构.设计采用新型全向移动平台机构,实现了平面内任意方向的运动,并且可以在移动过程中实现任意半径转弯.从运动学角度分析了轮速与机器人轨迹间的数学关系,并采用虚拟样机技术结合Pro/E与Adams联合建模仿真的方法,建立了精确可靠的虚拟样机模型.实验仿真结果表明,设计的虚拟样机模型与数学模型具有一致性,验证了该下肢康复机器人机械结构的实际可行性,为物理样机的建立提供了可靠依据.     

全方位轮式下肢康复训练机器人轨迹跟踪控制

全方位轮式下肢康复训练机器人需要跟踪医生给受训者设定的轨迹.机器人自身的不确定性和患者在康复训练时对机器人运行产生的干扰会影响其跟踪性能.本文设计了一种非线性L<,2>鲁棒控制器解决上述扰动抑制问题.给出了下肢康复训练机器人的运动学模型,并由此建立了位置误差系统的动态模型.将机器人的跟踪和不确定干扰抑制归结为L<,2>...     

基于扰动观测器和卡尔曼滤波器的永磁直线同步电机扰动抑制

针对负载力扰动和速度测量噪声会影响永磁直线同步电机控制精度这一问题.提出扰动观测器与卡尔曼滤波器相结合的扰动抑制方法.扰动观测器可以实时观测负载变化,并把干扰量等效成相应的电流输入给系统,降低载扰动对系统的影响.卡尔曼滤波器可以准确估计动子的位置与速度,减小了测量噪声和离散误差的影响,从而提高系统控制精度和鲁棒性能.仿真实验结果表明,卡尔曼滤波器与扰动观测器结合可以有效抑制磁阻力和摩擦力引起的推力波动.     

机器人的混合特征视觉环境感知方法

提出一种基于颜色直方图和SIFT混合特征的机器人视觉环境感知方法。该方法将颜色直方图的"色"与SIFT算法的"形"有机结合,有效提高了感知精度和实时性。对图像进行平均亮度调整并对颜色直方图特征加入主颜色直方图,使之对环境光照和动态变化具有更好的鲁棒性;通过控制特征点数和加入局部颜色统计信息方式改进SIFT算法,提高了特征生成速度和匹配准确度。利用分级匹配方法加速了特征检索过程,并采用本文提出的基于数据知识的推理方法进一步提高了感知精度。仿真与实验结果表明,随着数据库规模扩大,本文方法在感知精度和实时性上的性能优势越发明显。     

永磁直线伺服系统电流环延时补偿

为了解决永磁直线伺服系统电流环延时问题,讨论了电流矢量控制原理,并指出典型脉冲宽度调制（PWM）时序存在一个采样周期时间延迟的现象.在同步旋转坐标系电流解耦控制基础上,分析了由于时间延迟导致的逆变器电压给定值幅值变化与相位滞后的原因,并提出了相应的补偿方法,将逆变器电压给定值幅值乘以比例系数,并且对d、q轴耦合电压解耦.通过永磁直线伺服系统电流环实验,对比电流环延时补偿前后d、q轴电流响应,证明补偿后d、q轴电流性能明显提高,实验结果也验证了理论分析的正确性与补偿方法的有效性.     

基于节点迭代模糊Petri网的非接触异常步态识别方法

为了准确识别下肢功能障碍患者辅助行走中的跌倒、拖拽式异常步态,从多种用户群体的普适性与便捷性出发,提出了一种基于节点迭代型模糊Petri网的非接触式异常步态识别方法。首先,论述了康复训练机器人结构及辅助行走过程中跌倒与拖拽式异常步态的行为特征;然后研发了一种多通道近距离传感器阵列实时检测步态信息,并融合了步行方向意图向量提出采用步态偏离度、频率和躯干倾斜角度作为检测系统输入参数;基于模糊隶属度函数生成网络点燃机制,并建立节点迭代型模糊Petri网系统识别异常步态;最后进行了异常步态算子推理与多模态行走跌倒检测实验,表明该算法对使用步行康复机器人过程中异常步态识别率达到91. 2%并提高了辅助行走的安全性与舒适性。所提方法可以应用于下肢行动不便人群使用类似助行器的日常起居与康复训练场景。     

基于迭代学习与小波滤波器的永磁直线伺服系统扰动抑制

针对迭代学习控制(ILC)算法抑制永磁直线同步电机(PMLSM)周期性扰动时存在非周期分量影响问题,提出一种迭代学习控制算法与小波滤波器相结合的扰动抑制方法。通过重构输入误差信号,剔除非周期分量,从而使设计的PMLSM伺服系统迭代学习控制器快速收敛,减少了迭代次数。提出通过实验确定ILC中L形滤波器参数的方法。实验结果表明,与不带小波滤波器及传统PID比较,所提出的控制方法能够使系统的跟踪效果更好,且保证了在较少迭代次数下,被控系统的输出轨迹能精确地收敛到期望轨迹。     

基于简约模糊系统的多福祉机器人移乘方法

针对行动不便者在日常生活中起床、站立、排泄等移乘行为的辅助,基于自主研发的5台福祉机器人与传感器网络搭建了智能助老助残房间.该系统为移乘行为提供服务平台,并提出了兼具安全性与舒适性的移乘推理算法和移乘规划方法.首先论述了多福祉机器人的功能与日常自主行为的局限性.针对多种不同行动能力的用户群体,提出了一种基于简约粗糙集的移乘方式推理算法.在使用者对自己行动能力不确定、病情信息不完备的情况下,制订对应的移乘方案.然后,以使用者行为的安全性与舒适性为出发点,提出了起床移乘规划与站立移乘规划.最后进行了移乘方法推理及移乘实验.实验表明,该移乘推理算法可以为不同行动能力的使用者制订合适的移乘方法.站立移乘状态下,可以分别减小患侧与健侧足底压强39.9%和19.5%,起床移乘状态下可以分别减小背部与臀部的压强5.05%和3.95%.该基于多福祉机器人的移乘推理系统可以应用于家庭、养老院与康复中心等场合.     

智能采油控制系统研究

为了降低石油抽取过程中的吨油耗电量，给出了一种利用IPR曲线(流入动态曲线)和全自动油井计量装置所采集的实测数据及采用模糊规则来控制抽油机的冲程次数的方法.简略介绍了系统所选用单片机C8051F015的特点，重点阐述了如何利用A/D和485总线采集到的数据，通过运算输出一个合适的值并通过D/A输出控制变频器来达到控制抽油机的冲程次数的目的.实验数据表明了该方法的有效性，最终将把抽油机的冲程次数调节到一个合理的范围，在不影响原油产量的情况下达到节能的目的.