全方位移动康复训练机器人容错控制

发布时间：2017-04-02 18:05

  本文关键词：全方位移动康复训练机器人容错控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今时代,下肢患有运动性障碍病者日渐增多。在现代医学领域里,除了手术药物治疗方法,医疗服务型机器人的应用也越来越广泛,其中新式样下肢康复机器人已经被普遍应用到运动功能性患者的康复训练中。然而康复机器人在实际使用过程中,某个执行电机由于类似电机驱动力不足、执行器组件老化等使得轮子产生故障而导致运动受到扰动,所以解决步行器的安全可靠性问题十分有必要性。因为训练过程中会发生不可避免的安全失效,使步行器无法跟踪指定的路线,影响训练者的安全。本文中所研究的全方位移动康复训练机器人的四个轮子分别由四个电机驱动,针对其中一个执行器发生故障失效时,设计运动学和动力学相结合的容错控制器。首先,分析全方位移动康复训练机器人结构特点,分析了判定控制系统稳定性定理及定义,包括Lyapunov直接法、反演控制器原理和Barbalat引理。其次,建立了全方位移动康复训练机器人运动学模型,在该模型的基础上提出了反演控制器设计,通过Lyapunov函数及回馈数据得出输入控制率,然后根据系统稳定性判据来判断系统已达到全局意义下渐进稳定性,通过设计的速度控制,保证运动康复机器人沿着之前设计的轨迹进行跟踪,并进行仿真来证明设计控制器的有效可靠性。最后,建立系统的动力学模型,设计输入控制律,假设全方位移动康复机器人在康复训练中某一个轮子发生故障时的情形。对该模型采取的自适应模糊滑模控制算法是基于滑模控制的鲁棒性和自适应模糊控制消除抖振能力。在全局坐标系下分离故障执行器,通过容错控制器的控制作用使康复机器人的跟踪误差达到渐进稳定,仿真结果充分的验证了在执行器失效的情况下,证明了使用本文设计的控制器可以使全方位康复移动机器人对预设轨迹实行稳定跟踪。
【关键词】：康复训练机器人 轨迹跟踪 执行器故障 容错控制 控制律
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 容错控制原理及设计方法9-13
• 1.2.1 被动容错控制11-12
• 1.2.2 主动容错控制技术12-13
• 1.3 机器人容错控制的研究现状13-14
• 1.4 论文主要研究内容及其安排14-15
• 第2章 控制系统设计原理15-20
• 2.1 Lyapunov第二法15-17
• 2.2 Backstepping控制器设计的基本原理17-19
• 2.3 Barlalat原理19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 全方位移动机器人的运动学轨迹跟踪控制20-30
• 3.1 全方位训练机器人结构20-21
• 3.2 全方位训练机器人运动学模型21-22
• 3.3 全方位移动机器人轨迹跟踪控制律设计22-24
• 3.4 仿真与分析24-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第4章 全方位移动康复训练机器人容错控制30-50
• 4.1 全方位移动康复训练机器人的动力学模型30-32
• 4.2 故障类型分析32-34
• 4.3 自适应模糊滑模控制器设计34-42
• 4.3.1 自适应模糊控制原理34-36
• 4.3.2 滑模控制原理36-37
• 4.3.3 滑模消抖方法37-38
• 4.3.4 滑模控制器的设计38-40
• 4.3.5 自适应模糊滑模控制器设计40-42
• 4.4 仿真实例42-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 结论50-51
• 参考文献51-54
• 在学研究成果54-55
• 致谢55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：282906