全方向康复步行训练机器人的输入输出线性化跟踪控制

发布时间：2017-04-14 00:12

  本文关键词：全方向康复步行训练机器人的输入输出线性化跟踪控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在人口老龄化问题日益严重、肢体损伤和步行障碍患者逐年增多的背景下,发展康复步行训练机器人已成为迫切需要。康复步行训练机器人是一个典型的多变量、强耦合的非线性系统,一方面在跟踪过程中存在X轴、Y轴和方向角各轨迹之间的强耦合问题,另一方面存在摩擦力、参数变化、负载变化和其他不确定干扰,使得康复步行训练机器人系统很难获得精确的跟踪效果。目前关于康复步行训练机器人轨迹跟踪已有很多研究成果,但是却忽略了速度跟踪,而速度跟踪能实现病人的运动强度,对步行能力的康复具有重要意义。本论文将采用输入输出线性化方法,针对一种全方向康复步行训练机器人,解决运动速度和运动轨迹同时跟踪的控制问题,主要研究内容如下:在全方向康复步行训练机器人模型的基础上,采用输入输出线性化方法,利用全方向康复步行训练机器人的运动学和动力学模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程;设计速度跟踪控制器,实现各驱动轮运动速度的解耦控制;速度控制器结合非线性反馈控制律,实现了全方向康复步行训练机器人对运动轨迹的跟踪;仿真实验验证了提出的跟踪控制算法,解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪问题。针对全方向康复步行训练机器人在使用中会遇到各种不确定性和外界干扰的问题,设计了一种干扰观测器,在线观测系统的不确定性和外界干扰;利用干扰观测值设计跟踪控制器,通过构造Lyapunov函数,对系统的稳定性进行了验证;仿真结果表明了在不确定性干扰的作用下,所提出的非线性干扰观测器和反馈线性化方法能同时实现全方向康复步行训练机器人的运动速度和运动轨迹跟踪。
【关键词】：全方向康复步行训练机器人 输入输出线性化 速度跟踪 轨迹跟踪 干扰观测器
【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
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外康复机器人发展研究现状10-11
• 1.3 非线性控制方法的国内外研究现状11-14
• 1.4 论文主要研究内容及其安排14-15
• 第2章 预备知识15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 单输入单输出非线性系统的精确线性化15-16
• 2.2.1 单输入单输出非线性系统的相对阶15-16
• 2.2.2 输入输出线性化16
• 2.3 多输入多输出系统的解耦控制问题16-17
• 2.3.1 多输入多输出系统的相对阶17
• 2.3.2 输入输出解耦问题17
• 2.4 Lyapunov直接法17-19
• 2.5 干扰观测器19-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第3章 全方向康复步行训练机器人的跟踪控制22-33
• 3.1 全方向康复步行训练机器人模型22-25
• 3.2 输入输出反馈线性化速度解耦模型25-27
• 3.3 控制器设计与稳定性分析27-28
• 3.4 仿真算例28-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 基于干扰观测器的全方向康复步行训练机器人跟踪控制33-47
• 4.1 干扰模型分析33-34
• 4.1.1 ODW 运动学模型33-34
• 4.1.2 存在干扰的 ODW 的动力学模型34
• 4.2 存在干扰的输入输出反馈线性化速度解耦模型34-37
• 4.3 非线性干扰观测器设计37-39
• 4.4 控制器设计与稳定性分析39
• 4.5 仿真39-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 结论47-48
• 参考文献48-51
• 在学研究成果51-52
• 致谢52

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：304784