下肢骨骼服全过程运动控制研究

为了实现下肢骨骼服的全过程运动控制,提出了对下肢骨骼服进行分阶段控制的策略.根据人体运动数据将下肢骨骼服的运动划分为摆动阶段和支撑阶段;根据这2个阶段的特点,摆动阶段采用灵敏度放大控制方法,支撑阶段采用位置控制方法,利用脚底压力传感器信号实现两种状态下控制器的切换.分阶段控制策略既利用了灵敏度放大控制的优点,避免了在使...     

骨骼服虚拟力控制方法研究

针对骨骼服运动中控制指令信息难以获取这一问题,提出了一种利用安装在操作者和骨骼服之间的多 维力／力矩传感器来估计骨骼服参考轨迹的方法．为了控制骨骼服跟随操作者的运动,并保持人机之间的作用力最 小,以达到辅助承重的目的,提出了一种虚拟力控制策略．该方法首先利用力／力矩传感器的测量信息构建骨骼服在 关节空间的关节控制力矩,然后产生控制骨骼服在操作空间运动的虚拟力,从而控制骨骼服在操作空间的轨迹跟随 操作者的运动．证明了其稳定性,并给出了仿真结果．仿真结果表明,所设计的控制器能实现骨骼服对人体运动的 跟踪,并有效降低人机之间的作用力．     

骨骼服灵敏度放大控制方法研究

为了减少操作者和骨骼服之间的传感器,并在减小操作者施加力矩、提高操作者舒适度的情况下,实现骨骼服跟踪操作者的运动,研究了一种骨骼服灵敏度放大控制方法。利用Matlab的SimMechanics工具箱建立了骨骼服的摆动腿的单自由度和三自由度模型,作为控制对象,根据骨骼服的数学模型设计了灵敏度放大控制器,以PID控制器仿真实现人机之间的交互模型。仿真结果表明：骨骼服运动过程中,在驱动器施加较大力矩的情况下,操作者只需很小的力矩就可以摆动骨骼服,能够有效降低操作者的能量消耗,是一种行之有效的控制方法。     

基于BP神经网络补偿的下肢外骨骼位置控制

坐卧式康复外骨骼机器人可以帮助下肢功能障碍患者进行康复训练,为实现康复训练的位置控制目标,通过深入分析人机耦合关系,建立包括穿戴者、外骨骼在内的耦合运动学/动力学模型,提出了基于人机混合系统动力学模型的带前馈补偿项的PD控制算法,然而为了实现良好的运动轨迹跟踪性能,必须在位置控制算法中加入对不确定项的补偿,因此提出一种基于BP神经网络补偿的位置控制算法并通过仿真验证算法的高效性。     

下肢携行外骨骼系统模糊自适应位置控制研究

研究下肢携行外骨骼系统稳定性控制问题。下肢携行外骨骼系统支撑行走阶段位置控制存在稳定性、实时性不足,提高位置控制的速度及精度,使具有适应性和鲁棒性,为了克服具有实时重力补偿的传统方法,提出固定重力补偿的位置控制方法,并利用模糊推理逻辑可逼近非线性函数的特点,将模糊控制算法与具有固定重力补偿的传统PD控制算法相结合,提出了具有固定重力补偿的模糊自适应位置控制算法,应用到下肢携行外骨骼支撑行走阶段的位置控制中。仿真结果表明控制方法能够使外骨骼准确迅速跟踪人体运动,并能够显著减小人所施加的力矩,系统鲁棒性较强,能够适应负载的变化,证明是一种行之有效的控制方法。     

基于Labview的下肢训练机器人的位置控制实验

本训练机器人的目的是帮助运动员完成专项力量训练。它的驱动装置为带电液伺服阀的液压系统,并通过一四连杆机构把油缸的直线运动转换成摆杆的摆动,训练时运动员把脚踝绑定在摆杆上。通过控制伺服油缸的位移轨迹来控制摆杆的运动,用Labview里的PID控件进行闭环控制,让油缸按照一设定余弦曲线运动,以观察系统的准确性。     

基于骨骼点相对位置的动作对比矫正模型

人体动作的视觉分析是未来智能化康复训练、体育教学等系统亟待解决的课题。在人体骨骼特征点选取、特征点描述方法研究的基础上,以对人体动作正误提出高效识别方法并给出直观的矫正标识为目的,设计一种基于特征骨骼点间的相对二维向量的特征描述和余弦相似度相结合的动作比对方法。针对错误骨骼点,根据目标动作的特征描述计算出矫正后的正确位置。经自建数据集上的实验表明,本文模型对动作错误点检测灵敏,矫正效果直观、有效。     

下肢外骨骼膝关节模糊滑模位置控制器设计

针对下肢助力外骨骼膝关节位置伺服系统运动过程中伺服精度要求高、冲击力矩大、负载变化范围广等特点,提出了一种运用模糊规则调节的位置伺服系统滑模控制策略.该策略设计了一种新型带有积分项的滑模面模糊调节部分的结构为单输入双输出,选用模糊规则调节新型终端滑模型趋近率来抑制滑模抖振.仿真及实验表明,该控制策略稳定性和伺服跟踪性好,对负载干扰的鲁棒性强.     

基于重复控制的位置伺服系统

提出了一种控制交流伺服系统的新方法。在永磁同步电机矢量控制的基础上,利用重复控制策略对位置伺服系统进行了控制。根据重复控制理论设计重复控制器,使系统响应输出跟踪周期性输入的参考信号,从而达到跟踪控制的目的。介绍了重复控制的原理、算法以及永磁同步电机数学模型的建立,并给出了重复控制器设计的思路。最后,在输入为周期性位置给定的前提下,进行了仿真实验。仿真结果表明,整个控制系统设计简单、可行、有效。     

基于事件检测的下肢康复外骨骼服的设计

下肢康复外骨骼能辅助或替代医师完成下肢康复训练,并能帮助患者自立,重新融入社会。设计了一种基于事件检测的下肢康复外骨骼服,所谓事件是指人机接口获得的一些状态序列。基于事件的运动意图检测主要有两个目的:第一,以透明的方式检测穿戴者的运动意图;第二,提高运动意图检测的准确性和容错性。提出的下肢康复外骨骼服包括仿生机械结构、人机接口、控制器、电机驱动子系统和电源子系统。仿生机械结构用于支持骨骼服的重量以及穿用者的身体。电机驱动子系统采用盘式电机带动骨骼服的膝关节和髋关节。人机接口子系统通过传感器和传输网络,运用基于事件的运动意图检测技术感知患者的运动状态和运动意图。控制器采用位置闭环控制。仿真结果表明了系统的可行性和实用效果。     

下肢助力外骨骼服传感靴的优化设计

针对目前在下肢助力外骨骼服传感靴的设计中所选用传感器的测量精度较低、稳定性和重复性较差等问题,通过选取两种传感器,制定了两种实验方案进行传感靴的设计,分别对两种传感器的性能、相关参考电路、测试结果等方面进行对比。实验结果表明,使用FlexiForce A201传感器作为传感靴足底传感器的方案在工作中的一致性、稳定性表现更好,更适合应用在下肢助力外骨骼服传感靴中。     

人体外骨骼服技术综述

人体外骨骼系统是一种穿戴在操作者身体外部的,融入了先进控制、信息、机械等技术的人机电系统,最终实现了力量的增强和感官的延伸。其研究将大大促进机器人技术、认知科学、医学等学科的发展,在抢险救灾、家庭护理等诸多方面具有广阔的应用前景,因此具有重要的科学理论意义和应用价值。首先介绍了人体外骨骼系统在国内外的发展和研究现状,然后简介了其基本功能结构和工作原理,接着阐述了实现外骨骼系统所涉及的主要关键技术,包括:仿生机械结构、人机接口、随动控制、驱动机构和能源系统技术等,并介绍了一些相关的新兴研究方向。     

基于模糊补偿的康复机器人的自适应滑模控制研究

针对下肢外骨骼机器人不确定模型及摩擦因素的轨迹运动控制问题,提出了一种基于模糊补偿的自适应滑模控制(FCASMC)方法。首先利用滑模控制思想设计非线性滑模面,设计滑模控制器实现系统的稳定性;接着采用模糊控制方法对其机器人中关节运动存在的未知摩擦项进行模糊补偿与逼近,减少未知摩擦项和外扰动等因素下对系统带来的稳定性影响;最后还采用了鲁棒项来消除补偿逼近误差所带来的影响,也可减少滑模方法所带来的抖振问题,从而使整个系统的稳定性进一步提高。最后,基于Lyapunov定理对所设计的控制器进行稳定性证明和仿真。仿真结果表明,设计的控制器可以很好地对不确定摩擦项进行补偿,机器人的关节运动轨迹跟踪能实现全局跟踪,提高了在今后实际工程中的应用研究价值。     

一种下肢外骨骼机器人随动控制算法的研究

随动控制算法对下肢外骨骼机器人的助力效果起着决定性的作用。根据零力控制算法及下肢外骨骼机器人的运动特点,提出了一种末端随动控制算法,并给出了算法推导过程。最后通过Matlab仿真验证了该算法的有效性。     

下肢助行外骨骼步态规划与仿真研究

针对目前大多数下肢助行外骨骼自身不能维持稳定行走与步态规划方法存在缺陷的现状，设计一种10自由度主动驱动下肢外骨骼；其步态规划基于静稳定性判据，采用重心投影法，利用构造函数规划重心及踝关节轨迹，进一步通过运动学计算获得完整步态周期内所有关节的运动轨迹；运用ADAMS构建人-外骨骼耦合运动虚拟样机模型，进行平地步行仿真，仿真得到关键点的空间轨迹与动力学参数，通过与规划的重心和踝关节轨迹对比，外骨骼能够实现预期运动并稳定行走，仿真结果表明所设计的步态规划方法合理有效。